【正文】 的手工操作單臺儀器走向程控多臺儀器的自動測試系統(tǒng)，是虛擬儀器技術發(fā)展的第一階段．在虛擬儀器中，其分析功能是由計箅機來完成的，或由計算機來控制的．因此，接口、總線的速度和可霏性是關鍵． 1987年GPIB儀器總線與VME微機總線結合，誕生了VXI標準儀器總線，使得用戶可以像儀器廠商一樣，從訪問寄存器這樣的低層資源來設計和安排儀器功能，也使得用戶化儀器功能設計得以實現．VXI總線的出現，使得虛擬儀器設計有了一個高可靠性的硬件平臺。當然，采用普通PC總線，尤其是工業(yè)PCI總線的虛擬儀器也在不斷發(fā)展，這類虛擬儀器主要面向一般工業(yè)控制、過程監(jiān)測和實驗室應用。在GPIB接口總線出現以后，關于程控儀器的句法格式、信息交換協(xié)議和公用命令的標準化，一直是人們關心的問題． 標準程序命令(SCPI)標準的建立，向解決程控命令與儀器廠家無關這一目標邁進了重要的一步，隨著虛擬儀器思想的深入，用戶自己開發(fā)儀器驅動器己成為技術發(fā)展的客觀需要． 過去儀器驅動都是由儀器廠家專門設計，缺乏標準，使得用戶在儀器軟件方面的投資得不到保護．為此，國際上專門制定r虛擬儀器軟件體系結構(VISA)標準，建立了與儀器接口總線無關的標準I／O軟件，使得不同總線結構的硬件產品在相互取代時不必重新編寫驅動程序，VISA 標準與 LabVIEW、HP VEE、Labwindows／cVI等先進開發(fā)環(huán)境軟件相適應．開發(fā)一個由用戶定制的虛擬儀器在軟件技術上已經成熟．可以預計，未來的電子測量儀器和自動化測試技術的發(fā)展還將更多地滲透虛擬儀器的思想． 虛擬儀器的未來趨勢網絡化隨著計算機技術、電子技術、網絡通信技術的進步和不斷拓展，21世紀的儀器概念將是一個開放的系統(tǒng)概念．計算機和現代儀器已相互包容，計算機網絡也就是通用的儀器網絡． 如果在測控系統(tǒng)中有更多不同類型的智能設備也像計算機和工作站一樣成為網絡的節(jié)點聯(lián)入網絡，比如各種智能儀器、虛擬儀器及傳感器等，它們充分利用目前己比較成熟的Internet網絡的設施，不僅能實現更多資源的共享、降低組建系統(tǒng)的費用，還可提高測控系統(tǒng)的功能，并拓寬其應用的范圍． “網絡就是儀器”的概念確切地概括了儀器的網絡化發(fā)展趨勢．計箅機技術、傳感器技術、網絡技術與測量、測控技術的結合，使網絡化、分布式測控系統(tǒng)的組建更為方便． 以Internet為代表的計算機網絡技術的迅猛發(fā)展及相關技術的不斷完善，使得計算機網絡的規(guī)模更大，應用更廣． 在國防、通信、航空、航天、氣象、制造等領域，對大范圍的網絡化測控將提出更迫切的需求，網絡技術也必將在測控領域得到廣泛的應用．網絡化儀器很快會發(fā)展并成熟起來，從而有力地帶動和促進現代測量技術即網絡測量技術的進步．目前，在我國虛擬儀器設計、生產、使用也已經起步．我國有幾家企業(yè)正在研制PC虛擬儀器，產品已達到一定的批量，國內專家預測：未來的幾年內，我國將有50 9／5的儀器為虛擬儀器，屆時，國內將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產設備的運行狀況進行實時監(jiān)測．隨著微型計算機的發(fā)展，各種有關軟件不斷誕生，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流．自從National Instruments公司率先提出虛擬儀器概念至今已有15年．在這15年里，NI逐步改革了全世界工程師和科學家們測量和自動化的方法．今天，全世界的工程師和科學家們正在成千上萬個應用系統(tǒng)中使用“虛擬儀器”，從而達到了縮短開發(fā)時間、提高產品品質并降低生產成本的共同目的．同時，虛擬儀器技術也正在趨于成熟和完善．此外，互聯(lián)網也已經使數據共享進入了新的階段，加速了虛擬儀器的新網絡技術及遠程計算技術的發(fā)展，而這些技術是傳統(tǒng)獨立儀器不可能實現的．虛擬儀器技術很好地利用了互聯(lián)網的功能，因此，可以將來自測量或控制設備中的數據直接發(fā)布到Web網頁上，或是用手持式的數字助理工具讀取數據，甚至還可以將數據輸出到手機上．使用虛擬儀器技術，可以使用互聯(lián)網的強大功能遠距離控制的儀器設備，或是與遠在其它辦公地點甚至其它國家的同事合作處理一個項目．未來的這種連通水平將會更高，屆時將賦予模塊化新的定義．隨著互聯(lián)網和無線技術的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍內共享知識和經驗——鞏固開發(fā)過程每個階段工程師們的努力成果．商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也會將虛擬儀器技術推向新的水平．因此，性能的提高將會更容易實現，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)集成時問，同時又比傳統(tǒng)儀器測量方案成倍降低成本．沒有人能夠準確地預測未來的虛擬儀器將會發(fā)展到怎樣的程度，但是有一點可以肯定——Pc機與其相關的科技將會是虛擬儀器技術的核心，而有了它的幫助將會更成功．總之虛擬儀器技術，使現代測控的系統(tǒng)更靈活、更緊湊、更經濟、功能更強大 無論是測量、鋇4試、計量或是工業(yè)過程控制和分析處理，還是其他更為廣泛的測控領域，虛擬儀器都是理想的高效率的解決方案．隨著計算機技術的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術也會在各領域中發(fā)揮其重要作用，他將在促進科技進步．創(chuàng)造良好的社會效益和巨大的經濟效益方面發(fā)揮卓越的作用，并表現出強大的生命力，它必然會對科技發(fā)展和工業(yè)生產產生不可估量的影響。示波器屏幕通常是陰極射線管(CRT)。當電子束水平掃過顯示器時，信號的電壓是電子束發(fā)生上下偏轉，跟蹤波形直接反映到屏幕上口在屏幕同一位置電子束投射的頻度越大，顯示得也越亮. CRT限制著模擬示波器顯示的頻率范圍口在頻率非常低的地方，信號呈現出明亮而緩漫移動的點，而很難分辨出波形。模擬示波器的極)巨頻率約為1GHZ。 隨后，信號直接到達CRT的垂直偏轉板。 圖 21 圖 22 信號也經過觸發(fā)系統(tǒng)，啟動或觸發(fā)水平掃描口水平掃描是水平系統(tǒng)亮點在屏幕中移動的行為。許多快速移動的亮點融合到一起，形成實心的線條。 水平掃描和垂直偏轉共同作用，形成顯示在屏幕上的信號圖象。參照圖21。為顯示”實時”條件下或突發(fā)條件下快速變化的信號，人們經常推薦使用模擬示波器。在信號出現越多的地方，軌跡就越亮。 數字示波器 與模擬示波器不同，數字示波器通過模數轉換器(ADC)，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止。(參看圖22。 數字的手段則意昧著，在示波器的顯示范圍內，可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對于單脈沖和瞬態(tài)事件，例如脈沖和階躍波，帶寬局限于示波器采樣率之內。它的顯示部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。以數字形式表示波形信息，實際存儲的是二進制序列。即使信號已經消失，仍能夠顯示出來口與模擬示波器不同的是，數字存儲示波器能夠持久地保留信號，可以擴展波形處理方式口然而，DSO沒有實時的亮度級；因此，他們不能表示實際信號中不同的亮度等級。但是，DSO包含更多的數據處理子系統(tǒng)，因此它能夠收集顯示整個波形的數據。隨后將對串行處理體系作講解。緊接著，在水平系統(tǒng)的模數轉換器(ADC)部分，信號實時在離散點采樣，采樣位置的信號電壓轉換為數字值，這些數字值稱為采樣點。水平系統(tǒng)的采樣時鐘訣定ADC采樣的頻度。來自ADC的采樣點存儲在捕獲存儲區(qū)內，叫做波形點。波形點共同組成一條波形記錄。觸發(fā)系統(tǒng)訣定記錄的起始和終止點。信號通過顯存，最后顯示到示波器屏幕中?？梢栽黾宇A觸發(fā)，使在觸發(fā)點之前也能觀察到結果。DSO提供高性能處理單脈沖信號和多通道的能力（參看圖24）。在數字設計實踐中，工程師常常同時檢查四路甚至更多的信號，而DSO則成為標準的合作伙伴。DPO的體系結構使之能提供獨特的捕獲和顯示能力，加速重構信號。DPO采用ASIC硬件構架捕獲波形圖象，提供高速率的波形采集率，信號的可視化程度很高。隨后將對該并行處理體系結構進行闡述。但是，在模數轉換后，DPO與原來的示波器相比就有顯著的不同之處。在這段時間內，儀器處理最近捕獲的數據，重置系統(tǒng)，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。隨著釋抑時I}的增加，對查看到低頻度和低重復事件的可能性就會降低。如果只是依靠顯示更新速率，就確認示波器能采集到波形的所有相關信息，那么是很容易犯錯誤的，因為，實際上示波器并沒有作到。由于微處理器限制著波形的采集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺察到的最快速度，存儲到數據庫中的信號圖象直接送到顯示系統(tǒng)。結果是增加了”使用時間”，增強顯示更新能力。DPO微處理器與集成的捕獲系統(tǒng)一道并行工作，完成顯示管理、自動測量和設備調節(jié)控制工作，同時，又不影響示波器的捕獲速度. DPO如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號：時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化，三者都是實時的口模擬示波器依靠化學熒光物質，與此不同，DPO使用完全的電子數字熒光，其實質是不斷更新的數據庫。一旦采集到波形（即波器—觸發(fā))，波形就映射到數字熒光數據庫的單元組內。當波形涉及到該單元，單元內部就加入亮度信息；沒有涉及到則不加入。當數字熒光數據庫傳淤(示波器的顯示屏幕后，根據各點發(fā)生的信號頻率的比例，顯示屏展示加入亮度形式的波形區(qū)域，這與模擬示波器的亮度級特性非常類似。利用DPO，可以比較由不同觸發(fā)器產生的波形之間的異同，例如，比較某波形與第們口號觸發(fā)器產生波形的區(qū)別。它同時適合觀察高頻和低頻信號、重復波形，以及實時的信號變化。圖26 對那些需要最好的通用設計和故障檢測工具以適合大范圍應用的人來說，DPO是一個理想工具。圖27 數字采樣示波器 當測量高頻信號時，示波器也許不能在一改掃描中采集足夠的樣值口如果需要正確采集頻率遠遠高于示波器采樣頻率的信號，那么數字采樣示波器是一個不錯的選擇(參看圖28）。連續(xù)等效時間采樣示波器能達到50GHZ的帶寬。在衰減或放大之前對輸入信號進行采樣。 然而，采樣示波器帶寬的增加帶來的負面影響是動態(tài)范圍的限制。所有時刻的輸入信號都不能超過采樣橋滿動態(tài)范圍。另一方面，數字存儲和數字熒光示波器卻能夠處理50到100伏特的輸入。因此，采樣示波器的安全輸入電壓大約只有3V，相對而言，其他示波器可以高達500V。 與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數據及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試。傳統(tǒng)文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了VI及函數的執(zhí)行順序?！　abVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、R