第一章 緒 論

　　虛擬儀器的出現(xiàn)與發(fā)展，為自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)了一次新技術(shù)革命。本章簡(jiǎn)要回顧了虛擬儀器的發(fā)展歷史，分析了以VXI儀器為代表的虛擬儀器的特點(diǎn)與應(yīng)用，引出了虛擬儀器系統(tǒng)的概念，重點(diǎn)介紹了虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其規(guī)范。本書的以后各章，均基于虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而展開(kāi)。

　　1.1 虛擬儀器

　　眾所周知，測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然的一種手段，通過(guò)測(cè)量人們可以對(duì)客觀世界取得定量的信息，儀器是測(cè)量中必不可少的工具。電子測(cè)量是利用電子學(xué)的理論和技術(shù)對(duì)電量和非電量進(jìn)行觀察和測(cè)量的裝置和系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展及其在各方面的廣泛應(yīng)用，對(duì)于測(cè)量和儀器提出了更高的要求，測(cè)試項(xiàng)目和范圍與日俱增，測(cè)試精度和測(cè)試速度要求急劇提高。

　　七十年代以來(lái)，是電子測(cè)量和儀器領(lǐng)域發(fā)生飛躍變化的年代，微計(jì)算機(jī)的問(wèn)世和大規(guī)模集成電路的發(fā)展對(duì)這一領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響。在測(cè)試系統(tǒng)中，對(duì)儀器的“智能”要求越來(lái)越高，儀器中微機(jī)的任務(wù)不斷加重，儀器在很多方面逐漸向微計(jì)算機(jī)靠攏。此外，隨著微計(jì)算機(jī)和智能儀器的普及，測(cè)試系統(tǒng)中包含的重復(fù)部件越來(lái)越多，而冗余的部件往往不能容錯(cuò)。因此，需要統(tǒng)籌地考慮儀器與計(jì)算機(jī)之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這種背景下，1982年出現(xiàn)了一種與PC機(jī)配合使用的模塊式儀器，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從傳統(tǒng)的機(jī)架層迭式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為模塊式結(jié)構(gòu)。

　　與傳統(tǒng)儀器不同的是，模塊式儀器本身不帶儀器面板，因此必須借助于PC機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化的“虛擬的”儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示。這種與PC機(jī)結(jié)合構(gòu)成的，包含實(shí)際儀器使用與操作信息軟件的儀器，被稱為“虛擬儀器”。

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　　與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：

　　1、 虛擬儀器的硬、軟件具有開(kāi)放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。為提高測(cè)試系統(tǒng)的性能，可以方便地加入一個(gè)通用儀器模塊或更換一個(gè)儀器模塊，而不用購(gòu)買一個(gè)全新的系統(tǒng)，有利于測(cè)試系統(tǒng)的擴(kuò)展。

　　2、 可由用戶自定義儀器功能。由于儀器的功能可在用戶級(jí)上產(chǎn)生，故它不再完全由儀器生產(chǎn)廠家來(lái)確定，用戶可以根據(jù)自己的需要，通過(guò)增加或修改軟件，為虛擬儀器加入新的測(cè)量功能，而不用購(gòu)買一臺(tái)新的儀器。

　　3、 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。由于借助于計(jì)算機(jī)，虛擬儀器可以實(shí)現(xiàn)過(guò)去比基于微處理機(jī)內(nèi)核儀器復(fù)雜許多的數(shù)據(jù)處理、分析與顯示能力，并可利用數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫(kù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與恢復(fù)。

　　隨著軟件在儀器系統(tǒng)中的權(quán)重越來(lái)越大的趨勢(shì)，虛擬儀器的概念也進(jìn)一步得到擴(kuò)充。著名的儀器廠家美國(guó)NI（National Instrument）公司甚至提出了“軟件就是儀器”的口號(hào)，將自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中所有獨(dú)立的模塊都稱為虛擬儀器（包括采集、分析計(jì)算及顯示等各個(gè)過(guò)程與函數(shù)）或者稱為子虛擬儀器（SubVI），通過(guò)虛擬儀器層次化的結(jié)合，構(gòu)建復(fù)雜的虛擬儀器系統(tǒng)。在這個(gè)層次上，虛擬儀器的概念已經(jīng)抽象化，并不再等同于一個(gè)硬件實(shí)體。然而，這個(gè)觀點(diǎn)尚未被儀器領(lǐng)域完全接受，為了不使概念混淆，本書在所論及的虛擬儀器（VI），仍是指與傳統(tǒng)儀器相對(duì)的模塊化儀器實(shí)體（包括硬件模塊與軟件模塊），而將NI公司提出的虛擬儀器稱為抽象的虛擬儀器（AVI—Abstract Virtual Instrument），以示與實(shí)體化的虛擬儀器區(qū)別。