傳統(tǒng)的真人臉儀主要由三個(gè)功能塊組成：信號(hào)采集與控制單元、信號(hào)分析與處理單元、結(jié)果表達(dá)與對(duì)象輸出單元。因?yàn)檫@些功能塊基本上都是以硬件或者固化軟件的形式存在。產(chǎn)品已在出廠時(shí)設(shè)置。因此，傳統(tǒng)儀器設(shè)計(jì)復(fù)雜，靈活性差。沒有獨(dú)立使用和手動(dòng)操作模式，功能僅限于簡(jiǎn)單模仿手動(dòng)操作的步驟。不方便。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)國(guó)家儀器公司于20世紀(jì)80年代中期首次提出基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器概念，將虛擬側(cè)測(cè)技術(shù)帶入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。隨后，它開發(fā)并推出了多種用于儀器總線系統(tǒng)的虛擬儀器VI（Virtual Instrumentation）。

1.1.1 虛擬儀器的概念

虛擬儀器vi是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器鎖城而形成的一種新型儀器。它建立在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上。它由用戶設(shè)計(jì)和定義。有虛擬操作面板，側(cè)測(cè)功能由用戶控制。一種由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。在虛擬儀器中，以計(jì)算機(jī)為核心，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)整體，使儀器的結(jié)構(gòu)理念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)發(fā)生了翻天覆地的變化。

49. 虛擬儀器從組成的角度來(lái)看，就是利用計(jì)算機(jī)設(shè)備和相應(yīng)的硬件及專用軟件，組成一種既具有普通儀器的四大功能，又具有特殊功能的新型高端低成本儀器。普通儀器所沒有的功能。

從應(yīng)用的角度來(lái)看，仿真儀利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境。建立了友好的虛擬儀表板（前面板）。操作者通過友好的圖形界面和圖形化的編程語(yǔ)言控制儀器的運(yùn)行，完成信號(hào)的采集、分析、判斷、顯示、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)生成。圖1 顯示了使用LabVIEW 設(shè)計(jì)的虛擬直流數(shù)字電壓表的前面板。

1.1.2 虛擬儀器的發(fā)展、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，電子測(cè)量下的肝庫(kù)狗存貯量。 定量?jī)x器不斷完善。數(shù)字儀表、智能儀表、模擬儀表依次出現(xiàn)。同時(shí)也從單一的儀器逐漸發(fā)展到盛嘉儀器系統(tǒng)、虛擬儀器系統(tǒng)等。

虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是基于宇果NI公司于1986年設(shè)計(jì)的LabVIEW，這是一個(gè)集圖形開發(fā)、調(diào)試和程序于一體的集成開發(fā)環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了虛擬易書的概念。 NI還提出了“軟件即儀器”（The software is the instrument）的概念，充分說明軟件在虛擬儀器中的作用是極其困難的。它的出現(xiàn)使用戶能夠定義自己的儀器，靈活設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多樣化的實(shí)際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)和硬件的發(fā)展，縮短了大陸基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低了成本，提高了測(cè)試速度、精度和復(fù)用性，更易于維護(hù)和擴(kuò)展.

1997年，NI推出了新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn)——PXI總線標(biāo)準(zhǔn)。 PXI總線方式是在PCI通用慣例的核心技術(shù)基礎(chǔ)上加入成熟的技術(shù)規(guī)范和要求，加入多板同步觸發(fā)總線的參考時(shí)鐘，適用于需要精確定時(shí)的星型觸發(fā)總線，從而用于相鄰模塊的高速通信的本地總線。

1998年，一批生產(chǎn)PC數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的廠商宜步成立了“開放數(shù)據(jù)采集協(xié)會(huì).ODAA”。并公布了“開放數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn).ODAS”。該標(biāo)準(zhǔn)的最終目標(biāo)是使不同廠商生產(chǎn)的PC數(shù)據(jù)采集軟件和硬件具有廣泛的互換性。與WAS相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之一是可互換虛擬儀器設(shè)備（Interchangeable Virtual Instruments.M）。這是在VXI即插即用技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。無(wú)需更改軟件即可更換測(cè)試系統(tǒng)中的儀器。也就是說，IVI 示波器驅(qū)動(dòng)程序是所有IVI 兼容示波器通用的，無(wú)需考慮制造商或測(cè)試平臺(tái)。

VXI儀器最近出現(xiàn)了模塊中的子模塊構(gòu)建方案。即在原有模塊引腳上安裝若干個(gè)微型化模塊，更有效地利用標(biāo)定空間，進(jìn)一步提高儀器構(gòu)造的靈活性。近兩年來(lái)，構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)都有了新的發(fā)展，尤其是傳感器技術(shù)、采集內(nèi)核技術(shù)、軟件平臺(tái)技術(shù)等方面發(fā)展迅速。例如，IEEE 1344-VXI 外部控制器接口具有高數(shù)據(jù)傳輸和泵浦速率（高達(dá)400 Mbits）以及低成本的優(yōu)勢(shì)。GPIB-USB 控制器還為儀器控制提供了增強(qiáng)的性能。

總之，虛擬儀器是一種功能更多的儀器，對(duì)傳統(tǒng)儀器的概念有很大的改變。它將代表未來(lái)儀器發(fā)展的一個(gè)重要方面。

方向。
在虛擬儀器系統(tǒng)中.硬件僅僅是為了解決信號(hào)的翰入輸出問題.軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。用戶可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器僅由廠家定義，用戶無(wú)法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是廠家)可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，以滿足多種多樣的應(yīng)用需求。

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器幾有以下特征和優(yōu)勢(shì)。
(1)打破了傳統(tǒng)儀器的“萬(wàn)能”功能概念，將信號(hào)的分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其他管理集中交由計(jì)算機(jī)來(lái)處理。由于充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，完獸了數(shù)據(jù)的傳愉、交換等性能，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡(jiǎn)單。
(2》強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的新概念.軟件在儀答中充當(dāng)了以往由硬件甚至整機(jī)實(shí)現(xiàn)的角色。由于減少了許多隨時(shí)間可能深移、需要定期校準(zhǔn)的分立式棋擬硬件，加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用，使系統(tǒng)的側(cè)最精度、側(cè)量速度和可重復(fù)性都人大提高。網(wǎng)時(shí)由于虛擬儀器中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反映裝置.根據(jù)人類視覺、聽覺的心理生理特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)生成通真的三位立體圖像，使人們獲得多種感知效果.從而達(dá)到身臨其境的感覺。
(3)儀器由用戶自己定義，系統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過軟件修改、增減，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用連接.提高了儀器的交互性。虛擬儀器通過提供給用戶自己創(chuàng)建儀器的可貢復(fù)使用翻代碼庫(kù)，處理棋塊間通信、定時(shí)、觸發(fā)等功能，強(qiáng)調(diào)在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的撰礎(chǔ)上，通過軟件和軟面板，把由廠家定義的傳統(tǒng)儀舒轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩舳x的、由計(jì)算機(jī)軟件和幾種棋塊組成的專用儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀卷由廠家定義、用戶無(wú)法改變的摸式，給了用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。
(4)虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化.使用戶可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)，提高資渾的重復(fù)利用率.使系統(tǒng)組建時(shí)間縮短，功能易于擴(kuò)展.管理規(guī)范。使用筒便，軟2硬件生產(chǎn)、維護(hù)和開發(fā)的費(fèi)用降低。虛擬儀器既可以作為單臺(tái)數(shù)字式側(cè)試儀器使用，又可以構(gòu)成較為復(fù)雜的側(cè)試系統(tǒng)，甚至通過高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式側(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器系統(tǒng)代鉀纂于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀舒，還可以大大節(jié)省僅器購(gòu)買、維護(hù)費(fèi)用。
可見，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。有許多傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得虛擬儀器的應(yīng)用領(lǐng)城非常廣泛。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如表1-1所示。

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