- 虛擬儀器的定義，它與傳統儀器的不同
- 虛擬儀器硬件性能與傳統儀器的比較
- 虛擬儀器與傳統儀器的兼容性介紹
- 虛擬儀器與綜合性?xún)x器的對比介紹
- 對于當前的測量任務(wù)，虛擬儀器系統的價(jià)格與具有相似功能的傳統儀器相差無(wú)幾，甚至比它少很多倍
- 虛擬儀器在測量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著(zhù)時(shí)間的流逝，節省的成本也不斷累計
- 利用虛擬儀器技術(shù)，工程師可以使用高效且功能強大的軟件自定義采集、分析、存儲、共享和顯示功能
- 虛擬儀器系統是基于軟件的，所以如果只要是可以數字化的東西，就可以對它進(jìn)行測量
- 虛擬儀器可與傳統儀器完全兼容
- 綜合性?xún)x器的定義和虛擬儀器的許多性質(zhì)相同
作為全球虛擬儀器技術(shù)的領(lǐng)導者，NI僅在2004年就為客戶(hù)提供了超過(guò)6,000,000套虛擬儀器測量設備。25年來(lái)，工程師使用虛擬儀器技術(shù)將靈活的軟件以及PC技術(shù)的強大功能引入測試、控制和設計應用，從而使得在直流（DC）至2.7GHz的范圍內可以進(jìn)行精確的模擬和數字測量。本文闡述了虛擬儀器技術(shù)和傳統儀器之間的兼容性和區別。
什么是虛擬儀器？它與傳統儀器有何不同？
虛擬儀器由用戶(hù)定義，而傳統儀器則功能固定且由廠(chǎng)商定義。
圖1、傳統儀器（左圖）和基于軟件的虛擬儀器（右圖）具有許多相同的結構組件，但是在體系結構原理上完全不同
每一個(gè)虛擬儀器系統都由兩部分組成——軟件和硬件。對于當前的測量任務(wù)，虛擬儀器系統的價(jià)格與具有相似功能的傳統儀器相差無(wú)幾，甚至比它少很多倍。而且，由于虛擬儀器在測量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著(zhù)時(shí)間的流逝，節省的成本也不斷累計。
不使用廠(chǎng)商定義的、預封裝好的軟件和硬件，工程師和科學(xué)家獲得了最大的用戶(hù)定義的靈活性。傳統儀器把所有軟件和測量電路封裝在一起利用儀器前面板為用戶(hù)提供一組有限的功能。而虛擬儀器系統提供的則是完成測量或控制任務(wù)所需的所有軟件和硬件設備，功能完全由用戶(hù)自定義。此外，利用虛擬儀器技術(shù)，工程師和科學(xué)家們還可以使用高效且功能強大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲、共享和顯示功能。
這里有一些體現虛擬儀器靈活性的例子：
1.一個(gè)應用，不同的設備
在這個(gè)例子中， 一位工程師正在實(shí)驗室的臺式計算機PCI總線(xiàn)上使用NI LabVIEW和M系列DAQ設備開(kāi)發(fā)一個(gè)應用程序，以創(chuàng )建一個(gè)直流（DC）電壓和溫度測量應用。在完成了系統構建之后，他需要在一個(gè)生產(chǎn)層PXI系統上配置應用程序以完成新產(chǎn)品的測試?；蛘?，他可能需要應用程序具有便攜性，所以他選擇了NI USB DAQ產(chǎn)品來(lái)完成任務(wù)。在這個(gè)例子中，無(wú)論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以?xún)H在同一個(gè)程序中使用虛擬儀器而無(wú)需改變代碼。
圖2、在許多設備上使用同樣的應用程序之時(shí)升級硬件十分輕松
2.許多應用程序，一個(gè)設備
假設有另外一個(gè)工程師，剛剛完成了一個(gè)利用最新的M系列DAQ設備和積分編碼器測量電機位置的項目。他的下一個(gè)項目是監視和記錄這個(gè)電機的功率。即使任務(wù)完全不同他也可以重用同樣的M系列DAQ 設備。他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)出新的應用程序。此外，如果需要的話(huà)，項目既可以與一個(gè)單一的應用程序結合也可以運行在一個(gè)單一的M系列DAQ設備。
圖3、通過(guò)為許多應用程序重復使用硬件減少成本
與傳統儀器相比，虛擬儀器硬件性能如何？
NI致力于使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx以及其他公司的商業(yè)可用技術(shù)：NI使用Microsoft在操作系統(OS)和開(kāi)發(fā)工具方面的諸多技術(shù)；在硬件方面，NI則基于A(yíng)nalog Devices在A(yíng)/D轉換器方面的研究成果。
基本上，虛擬儀器系統是基于軟件的，所以如果只要是可以數字化的東西，就可以對它進(jìn)行測量。因此，測量硬件可在通過(guò)兩根坐標軸進(jìn)行評估，即分辨率（位）和頻率。參考下圖可以看出虛擬儀器硬件測量性能與傳統儀器的比較。NI的目標就是將曲線(xiàn)在頻率和分辨率上延伸并且在曲線(xiàn)內進(jìn)行不斷推陳出新。
圖4、虛擬儀器硬件與傳統儀器的比較
虛擬儀器和傳統儀器能夠兼容嗎？
許多工程師和科學(xué)家都在實(shí)驗室里將虛擬儀器和傳統儀器結合使用。除此之外，一些傳統儀器提供了特定的測量，工程師和科學(xué)家寧愿廠(chǎng)商定義也不愿自己定義。這就引出了一個(gè)問(wèn)題，“虛擬儀器和傳統儀器能夠兼容嗎？”
虛擬儀器可與傳統儀器完全兼容，無(wú)一例外。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線(xiàn) (如GPIB、串行總線(xiàn)和以太網(wǎng)) 相連接的函數庫。
除了提供庫之外，200多家儀器廠(chǎng)商也為NI儀器驅動(dòng)庫提供了4000余種儀器驅動(dòng)。儀器驅動(dòng)提供了一套高層且可讀的函數以及儀器接口。每一個(gè)儀器驅動(dòng)都專(zhuān)為儀器某一特定的模型而設計，從而為它獨特的性能提供接口。
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虛擬儀器和綜合性?xún)x器有何不同？
自動(dòng)測試工業(yè)中一個(gè)基本的趨勢就是往基于軟件的測試系統的重大轉變。例如，美國國防部（DoD）是世界上最大的自動(dòng)測試設備（ATE）客戶(hù)之一。為了減少測試系統的成本并提高重用率，DoD通過(guò)海軍的NxTest計劃已經(jīng)確定：將來(lái)的ATE要使用建立在模塊化硬件和可重復配置的軟件基礎上的體系結構，稱(chēng)為綜合性?xún)x器。采用綜合性?xún)x器代表了將來(lái)軍用ATE系統標準和規范的重大發(fā)展，并且反映出可重復配置的軟件處于將來(lái)系統的核心地位這一基本轉變?；谲浖y試系統的成功應用，例如綜合性?xún)x器，需要對硬件平臺和市場(chǎng)上軟件工具的理解，以及對系統級體系結構和儀器級體系結構之間區別的理解。
綜合性?xún)x器執行團體將綜合性?xún)x器定義為“一個(gè)可重復配置的系統，它通過(guò)標準化的接口連接一系列基本硬件和軟件組件，從而發(fā)生信號或者使用數值處理技術(shù)進(jìn)行測量”。這與虛擬儀器的許多性質(zhì)相同，虛擬儀器是“一個(gè)軟件定義的系統，其中基于用戶(hù)需要的軟件定義了通用測量硬件的功能”。兩種定義享有共同的性質(zhì)，即運行于商用硬件之上的可自定義功能的儀器。通過(guò)將測量功能轉向用戶(hù)可接觸并可重復配置的硬件，那些采用這種體系結構的儀器從具有更大靈活性和可重復配置功能的系統中受益，而且這些系統反過(guò)來(lái)又提高了性能同時(shí)減少了成本。
