虛擬儀器常見問題

1、VI FAQ虛擬儀器常見問題 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc97480074 虛擬儀器常見問題 PAGEREF _Toc97480074 h 1 HYPERLINK l _Toc97480075 虛擬儀器和NI PAGEREF _Toc97480075 h 2為什么虛擬儀器技術(shù)十分必要？ HYPERLINK l _Toc97480076 PAGEREF _Toc97480076 h 2什么是虛擬儀器技術(shù)？ HYPERLINK l _Toc97480077 PAGEREF _Toc97480077 h 3為什么虛擬儀器技術(shù)如此成功？. HYPERLINK l _

2、Toc97480078 3什么使得NI在虛擬儀器領域處于領先地位?.5什么使得NI區(qū)別于其他虛擬儀器技術(shù)公司？. HYPERLINK l _Toc97480080 6什么用戶使用NI的虛擬儀器產(chǎn)品？. HYPERLINK l _Toc97480081 7虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較.7 HYPERLINK l _Toc97480083 什么是虛擬儀器？它和傳統(tǒng)儀器有什么區(qū)別？.7如何比較虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器硬件性能10虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎？10虛擬儀器和綜合性儀器的區(qū)別是什么？.10虛擬儀器應用領域.10虛擬儀器在過去的25年里是如何發(fā)展的？10虛擬儀器給自動測試應用帶來的益處是什么？.11虛擬

3、儀器如何應用于控制和工業(yè)應用？.12虛擬儀器給設計帶來的益處是什么？.12虛擬儀器軟件問題.13為什么軟件對于虛擬儀器如此重要？.13什么使得LabVIEW對于虛擬儀器如此完美？14虛擬儀器是如何利用最新的軟件趨勢？.15什么是測量服務軟件？.15虛擬儀器硬件問題.18虛擬儀器軟件運行于什么硬件I/O和平臺？18新的總線技術(shù)如USB 2.0和PCI Express如何提高虛擬儀器的性能？.18以太網(wǎng)給虛擬儀器帶來的益處是什么？20虛擬儀器技術(shù)和NI為什么虛擬儀器技術(shù)十分必要？虛擬儀器十分必要是因為它給予了儀器快速的適應能力，這是當今的觀念、產(chǎn)品、過程設計、開發(fā)和配送所要求的。只有虛擬儀器可以使

4、得工程師和科學家能夠創(chuàng)建用戶定義的儀器以與世界的需要同步。為了滿足更快地革新和傳遞觀念與產(chǎn)品這個不斷增長的需要，科學家和工程師正轉(zhuǎn)向先進的電子元件、處理器和軟件。以現(xiàn)代的手機為例，大多數(shù)具有上一代的最新特性，包括音頻、電話本和文本消息性能。新的版本包括攝像機、MP3播放器、藍牙網(wǎng)絡和因特網(wǎng)瀏覽功能。 由于設備變得越來越以軟件為中心，所以先進的電子元件提高功能是可能的。工程師和科學家無需改變硬件就可以給設備添加新功能，這就造成了無需花費昂貴的硬件成本就可以提高觀念和產(chǎn)品。這延長了產(chǎn)品的生命和使用期限并且減少了產(chǎn)品交付時間。工程師和科學家可以通過軟件提高功能而不用為了一個特定的工作開發(fā)專門的電子元

5、件。 然而，這種功能的提高卻付出了代價。升級的功能引入了不可見的相互作用或錯誤的可能性。因此，正如設備級的軟件有助于快速開發(fā)和擴展功能一樣，設計和測試儀器也必須改變以檢驗改進的性能。滿足這些需要的唯一方式就是利用測試和控制體系結(jié)構(gòu)（也是軟件為中心的）。由于利用了高效率的軟件、模塊化I/O和商用平臺，所以虛擬儀器專門定位在與最新觀念和產(chǎn)品開發(fā)速率同步。NI的LabVIEW，一個領先的虛擬儀器圖形化開發(fā)環(huán)境，使用符號或圖形表示來加速開發(fā)。軟件使用符號表示功能，通過快速地配置圖形塊來鞏固功能進一步加速了開發(fā)。另一個虛擬儀器組成部分是模塊化I/O，它設計成可以迅速地以任何順序或數(shù)量進行組合來確保虛擬儀

6、器能夠監(jiān)視和控制任意一個開發(fā)方面。使用為模塊化I/O精心設計的軟件驅(qū)動，工程師和科學家可以在并行操作期間快速地獲得功能。虛擬儀器第三個組成部分商用平臺使用（經(jīng)常由于精確同步而得到增強）確保了虛擬儀器利用了最新的計算機性能和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。這使得虛擬儀器建立在一個長期的技術(shù)基礎之上，這個基礎與在處理器、總線等方面的高額投資成比例關系?？偠灾S著革新要求軟件利用加速新的觀念和產(chǎn)品開發(fā)，它也要求儀器迅速適應新功能。由于虛擬儀器使用了軟件、模塊化I/O和商用平臺，它使得儀器格外的符合保持與當今觀念和產(chǎn)品開發(fā)同步的要求。什么是虛擬儀器技術(shù)?使用虛擬儀器技術(shù)，基于用戶需求的軟件定義了通用目的的測量和控制

7、硬件功能。虛擬儀器將主流的商用技術(shù)如PC和靈活性的軟件以及廣泛的測量和控制硬件結(jié)合到一起，因此工程師和科學家能夠創(chuàng)建完全滿足他們需要的用戶定義的系統(tǒng)。利用虛擬儀器，工程師和科學家縮短了開發(fā)時間，設計出了更高質(zhì)量的產(chǎn)品并且減少了設計成本。圖1.虛擬儀器結(jié)合了高效的軟件、模塊化I/O和可擴展的平臺 NI在15余年前引入了虛擬儀器技術(shù)，從而改變了工程師和科學家測量身邊的世界和使之自動化的方式。2004年，NI在90個國家銷售了超過6百萬套虛擬儀器。今天，虛擬儀器已經(jīng)得到了主流的接受而且在全世界數(shù)以千計的工業(yè)應用中使用，從汽車到消費電子，再到石油和燃氣。為什么虛擬儀器技術(shù)如此成功？ 虛擬儀器技術(shù)通過提

8、供一種建立測量和自動系統(tǒng)的嶄新模型而得到主流的采用。它成功的關鍵包括迅速的PC發(fā)展，爆炸性的低成本、高性能的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)展（半導體）以及系統(tǒng)設計軟件的出現(xiàn)。這些因素使得虛擬儀器系統(tǒng)能夠接近廣泛的用戶。尤其是PC性能在過去的20年間增長了10,000多倍。通過使用每個新一代的PC 處理器、顯示和I/O總線分析測量和解決新的應用挑戰(zhàn)，虛擬儀器充分利用了PC性能的提高。這些快速的發(fā)展，以及學校更早地開始專業(yè)技術(shù)和計算機知識的普及這一普遍趨勢，都促成了基于計算機的虛擬儀器的成功應用。圖2,PC 10,000倍的性能提高有助于驅(qū)使虛擬儀器系統(tǒng)性能提高虛擬儀器另一個驅(qū)動器是高性能、低成本的模擬數(shù)字（ADC）

9、和數(shù)字模擬（DAC）轉(zhuǎn)換器的發(fā)展。諸如無線通信和高清晰度視頻的應用不斷地影響著這些技術(shù)。當傳統(tǒng)專有轉(zhuǎn)換技術(shù)趨于緩慢發(fā)展時，商用半導體技術(shù)卻趨于遵從摩爾定律每18個月性能翻一番。虛擬儀器硬件使用廣泛可得的半導體來提供高性能的測量前沿產(chǎn)品。 最后，提供了設計自定義儀器系統(tǒng)直觀界面的系統(tǒng)設計軟件進一步促進了虛擬儀器的發(fā)展。LabVIEW正是這類軟件的一個例子。LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境提供了編程語言的性能和靈活性，以及專為測量和自動化應用設計的高層功能和配置功能。圖3.在LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境里開發(fā)的范例代碼什么使得NI在虛擬儀器領域處于領先地位？簡而言之，答案是軟件。軟件使得工程師和科學家

10、能夠創(chuàng)建用戶自定義的儀器。任一虛擬儀器的核心就是靈活的軟件，而NI發(fā)明了世界上最好的虛擬儀器軟件平臺之一LabVIEW。LabVIEW是一個強大的圖形化開發(fā)環(huán)境，用于信號采集、測量分析和數(shù)據(jù)顯示，無需傳統(tǒng)開發(fā)工具的復雜性就給予了編程語言的靈活性。自1986年NI引入適用Macintosh操作系統(tǒng)的LabVIEW以來，它就迅速且始終如一地吸引那些尋求一種高效且強大的編程語言來用于測試、控制和設計應用的工程師和科學家。今天，LabVIEW是數(shù)以千計的工程師和科學家首選的圖形化開發(fā)環(huán)境。 對于那些偏愛基于文本編程的工程師，NI也提供了針對ANSI C和LabWindows/CVI的應用程序開發(fā)環(huán)境，

11、以及使用Visual Studio .NET和Measurement Studio進行虛擬儀器開發(fā)的工具。圖4.LabVIEW是用于基于PC數(shù)據(jù)采集和儀器控制領域的領先應用軟件雖然軟件是每個虛擬儀器的核心，然而幾乎所有的虛擬儀器都需要測量硬件精確地取得測量結(jié)果。由于獨立于所選擇的編程環(huán)境，所以虛擬儀器軟件必須提供出色的與系統(tǒng)測量硬件的結(jié)合。NI的軟件，包括LabVIEW，提供了與來自上千家第三方硬件廠商數(shù)以萬計產(chǎn)品的開放式連接，如傳感器、攝像機、執(zhí)行器、傳統(tǒng)儀器和插入式設備（USB、PCI等）。 2004年，NI測量硬件提供給客戶超過6,000,000套虛擬儀器測量設備。從低成本的USB數(shù)據(jù)采

12、集到圖像采集和過程控制視覺系統(tǒng)，再到2.7GHz的RF測量和GPIB總線通信，NI已經(jīng)在25,000多家公司面前展示了它可以提供完成虛擬儀器所需要的測量硬件和可擴展的硬件平臺。什么使得NI區(qū)別于其他虛擬儀器公司？25年來，NI一直是虛擬儀器領域的領導者。這種領導力通過持續(xù)且一貫的創(chuàng)新而不斷發(fā)展并延續(xù)。由于NI發(fā)明并革新了#1虛擬儀器圖形化開發(fā)環(huán)境LabVIEW，它吸引了數(shù)以千計的工程師和科學家建立虛擬儀器。通過理解客戶項目開發(fā)需求，NI一貫地提供跳躍式的軟件革新，包括Express技術(shù)、LabVIEW實時模塊和LabVIEW PDA模塊，以及NI SignalExpress：Express 技

13、術(shù)2003年，NI為LabVIEW、LabWindow/CVI和Measurement Studio創(chuàng)建了Express技術(shù)，在保留強大的功能的同時減少代碼復雜性。今天，超過50%的數(shù)據(jù)采集客戶使用DAQ 助手來簡化數(shù)據(jù)采集任務。LabVIEW實時模塊和 LabVIEW PDA模塊NI為使用LabVIEW實時模塊完成確定性執(zhí)行擴展了LabVIEW，并且開發(fā)了與之匹配的硬件平臺使得嵌入式應用程序運行成為現(xiàn)實。LabVIEW PDA模塊將虛擬儀器和LabVIEW平臺擴展至手持設備。NI SignalExpress 設計和測試工程師要求NI提供虛擬儀器軟件來交互式測量和分析數(shù)據(jù)。作為回應，NI創(chuàng)建了

14、SignalExpress一個拖放且無需編程的完美環(huán)境用來經(jīng)進行試探性測量。除了強大的軟件優(yōu)勢，NI是眾多虛擬儀器公司中提供了最為廣泛和創(chuàng)新性的I/O選擇。為了幫助工程師和科學家滿足不斷激增的需求，NI不斷地發(fā)布產(chǎn)品以進一步擴展產(chǎn)品的寬度。一些最近的硬件革新例子包括NI USB DAQ設備，NI M系列DAQ設備和NI CompactRIO：USB DAQ 設備在最近的調(diào)查中，70%的NI數(shù)據(jù)采集（DAQ）客戶表示他們希望在不久的將來購買多功能的USB DAQ設備。在那個月，NI發(fā)布了NI USB-6008，價格定為 $145US（這是多功能DAQ設備最新的低價點）。M 系列DAQ設備NI在2

15、004年后期發(fā)布M系列DAQ設備產(chǎn)品線之時確立了在插入式數(shù)據(jù)采集領域的領導地位。第一個18位的PCI設備，第一個具有最高吞吐量達六個DMA通道的PCI數(shù)據(jù)采集設備以及即將得到專利的設備校準方案等等這些都只是這個設備系列與眾不同的特性中的一小部分。NI CompactRIO 可配置的控制和I/ONI I/O產(chǎn)品中最有創(chuàng)新性的新增功能之一就是CompactRIO。通過一個位于I/O平臺核心的FPGA芯片，工程師利用LabVIEW FPGA可以創(chuàng)建自定義的硬件并且可以不斷得重復自定義。什么用戶使用NI的虛擬儀器產(chǎn)品？NI的客戶包括工程師、科學家和許多工業(yè)領域的專業(yè)技術(shù)人士。從測試DVD錄像機導研究先

16、進的醫(yī)藥，他們都使用NI的軟件和硬件以開發(fā)用戶定義的儀器并且以更快的速度、更低的成本提供各種產(chǎn)品和服務。這里是一些客戶如何使用NI虛擬儀器產(chǎn)品的例子：AP Racing建立Formula 1測徑器和剎車測試測力計 30多年來，AP Racing一直是世界上剎車測徑器和賽車離合器技術(shù)及生產(chǎn)方面的領導者。AP Racing認為使用一個新的特殊的測力計可以帶來顯著的優(yōu)勢，而且使用NI的DAQ設備和LabVIEW所構(gòu)建的虛擬儀器提供了它所需要的靈活性以在市場中革新。Lexmark墨盒電氣性能測試Lexmark International公司的Ed Coleman說：“隨著使用基于PC的模塊化儀器和工業(yè)

17、標準軟件來以最少的開發(fā)時間繼續(xù)改善我們的測試系統(tǒng)從而滿足最新的要求，并且升級至NI 5122、NI 6552和 LabVIEW 7 Express，因而我們提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量同時以最小的開發(fā)費用提高了我們的測試性能。Texas InstrumentsRF和無線組件特性測試德州儀器（TI）擁有將近40億美元的收益，是領先的無線IC提供者之一。為了簡化特性測試過程，TI創(chuàng)建了由NI TestStand和LabVIEW驅(qū)使的測試開發(fā)、管理和自動化軟件。通過使用NI產(chǎn)品，TI擴大了市場同時沒有損失質(zhì)量和資源。Drivven摩托車引擎控制單元（ECU）原型設計在過去的項目中，Drivven至少要花費

18、2人-年（man-year）和$500,000來使用自定義的硬件開發(fā)ECU原型。對于這個項目，設備成本（包括摩托車和CompactRIO）總計$15,000，而且開發(fā)時間只花費了將近3人-月（man-month）?；贔PGA的可重復配置的硬件、CompactRIO和LabVIEW實時模塊提供了可靠性和精確的定時資源，而且系統(tǒng)十分穩(wěn)定，足以承受極高的操作環(huán)境溫度和振動。如想了解并閱讀更多關于客戶解決方案的信息，請訪問/success.虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較什么是虛擬儀器？它和傳統(tǒng)儀器有什么區(qū)別？虛擬儀器是由用戶定義，而傳統(tǒng)儀器的功能是固定的且由廠商定義。圖5.傳統(tǒng)儀器（左圖）和基于軟件的虛擬

19、儀器（右圖）具有許多相同的結(jié)構(gòu)組件，但是在體系結(jié)構(gòu)原理上完全不同每一個虛擬儀器都由兩部分組成軟件和硬件。對于當前的測量任務，虛擬儀器的標價與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無幾，甚至比它少許多倍。然而，由于虛擬儀器在測量任務改變時具有更大的靈活性，因而隨著時間的流逝，節(jié)省的成本不斷累計。 通過不使用廠商定義的、預封裝好的軟件和硬件，工程師和科學家獲得了最大的用戶定義的靈活性。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測量電路封裝在一起的產(chǎn)品提供給他們，這是以使用儀器前面板而損失一定固定功能作為代價的。而虛擬儀器則是提供完成測量或控制任務所需的所有軟件和硬件。此外，利用虛擬儀器，工程師和科學家可以使用高效且強大的軟件來自定

20、義采集、分析、存儲、共享和顯示功能。這里是實際中顯現(xiàn)靈活性的一些例子：一個應用程序，不同的設備考慮這樣一個特殊的例子，一位工程師正在實驗室的臺式計算機PCI總線上使用LabVIEW和M系列DAQ設備開發(fā)一個應用程序，以創(chuàng)建一個直流（DC）電壓和溫度測量應用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個生產(chǎn)層PXI系統(tǒng)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)品來完成任務。在這個例子中，無論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以僅在一個程序中使用虛擬儀器而無需改變代碼。圖6.在許多設備使用同樣的應用程序之時升級硬件十分輕松許多應用程序，一個設備考

21、慮另外一個工程師，她剛剛完成了一個利用最新的M系列DAQ設備和積分編碼器測量電機位置的項目。他她的下一個項目是監(jiān)視和記錄這個電機的功率。即使任務完全不同她也可以重用同樣的M系列DAQ 設備。她他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開發(fā)出新的應用程序。此外，如果需要的話，項目既可以與一個單一的應用程序結(jié)合也可以運行在一個單一的M系列DAQ設備。圖7.通過為許多應用程序重用硬件減少成本 如何比較虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器硬件性能？ 虛擬儀器的重要概念就是驅(qū)使實際虛擬儀器軟件和硬件設備加速的策略。NI致力于適應或使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx以及其他公司的高投入

22、技術(shù)。NI使用Microsoft在操作系統(tǒng)（OS）和開發(fā)工具方面的巨大投資。在硬件方面，NI基于Analog Devices在A/D轉(zhuǎn)換器方面的投資。由于虛擬儀器是基于軟件的，所以基本上如果你可以對它數(shù)字化，就可以對它進行測量。因此，測量硬件可在兩個坐標軸上觀察，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(tǒng)儀器的比較。NI的目標就是將曲線在頻率和分辨率上延伸并且在曲線內(nèi)進行創(chuàng)新。圖8.虛擬儀器硬件與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎？許多工程師和科學家都在實驗室里將虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相結(jié)合。除此之外，一些傳統(tǒng)儀器提供了特定的測量，即工程師和科學家寧愿廠商定義而不愿自定義

23、的測量。這就引出了一個問題，“虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎？”虛擬儀器無一例外地與傳統(tǒng)儀器相兼容。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線相連接的庫，例如GPIB、串行總線和以太網(wǎng)。 除了提供庫之外，200多家儀器廠商向NI儀器驅(qū)動庫提供了4000余種的儀器驅(qū)動。儀器驅(qū)動提供了一套高層且人工可讀的函數(shù)以與儀器接口。每一個儀器驅(qū)動都專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。欲尋求儀器驅(qū)動或了解如何為儀器創(chuàng)建驅(qū)動，請訪問 HYPERLINK /idnet /idnet虛擬儀器和綜合性儀器的區(qū)別是什么？ 自動測試工業(yè)里一個基本的趨勢就是向基于軟件的測試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變。例如，美國國防部（D

24、oD）是世界上最大的自動測試設備（ATE）客戶之一。為了減少測試系統(tǒng)的成本并提高重用率，DoD通過海軍的NxTest計劃已經(jīng)確定：將來的ATE要使用建立在模塊化硬件和可重復配置的軟件之上的體系結(jié)構(gòu)，稱為綜合性儀器。采用綜合性儀器代表了將來軍用ATE系統(tǒng)標準和規(guī)范的重大發(fā)展，并且反映出可重復配置的軟件處于將來系統(tǒng)核心地位這一基本轉(zhuǎn)變?；谲浖y試系統(tǒng)的成功應用，例如綜合性儀器，需要對硬件平臺和市場上軟件工具的理解，以及對系統(tǒng)級體系結(jié)構(gòu)和儀器級體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。 綜合性儀器執(zhí)行團體將綜合性儀器定義為“一個可重復配置的系統(tǒng)，它通過標準化的接口連接一系列基本硬件和軟件組件，從而產(chǎn)生信號或者使用數(shù)

25、值處理技術(shù)進行測量”。這與虛擬儀器的許多性質(zhì)相同，虛擬儀器是“一個軟件定義的系統(tǒng)，其中基于用戶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軟件的儀器。通過將測量功能轉(zhuǎn)向用戶可接觸并可重復配置的硬件，那些采用這種體系結(jié)構(gòu)的儀器從具有更大靈活性和可重復配置功能的系統(tǒng)中受益，而且這些系統(tǒng)反過來又提高了性能同時減少了成本。虛擬儀器應用領域虛擬儀器技術(shù)在過去的25年里是如何發(fā)展的？虛擬儀器技術(shù)一直在測試和測量領域廣泛使用。而且，通過不斷的LabVIEW革新和數(shù)以百計的測量硬件設備，虛擬儀器技術(shù)逐漸擴大了它所觸及的應用范圍。今天，NI率先將這一技術(shù)擴展到控制

26、和設計部分。曾促進了測試發(fā)展的益處正開始加速控制和設計的發(fā)展。工程師和科學家不斷提高對虛擬儀器的要求，以希望有效地滿足世界范圍的需要，他們正是這一加速背后的驅(qū)動力。近來NI 加速測試、控制和設計創(chuàng)新的一個例子就是使用LabVIEW FPGA進行編程的基于FPGA的硬件。如果工程師需要一個新的硬件性能，如板載DSP，或者新的觸發(fā)模式，您甚至可以在同樣的軟件中定義這種性能并且將它應用在板載的FPGA上。工程師和科學家一直可以通過使用LabVIEW和模塊化I/O來創(chuàng)建高度集成的用戶自定義系統(tǒng)，而現(xiàn)在他們也可以將可自定義配置能力擴展至硬件本身。這種用戶可配置能力和透明度將會改變工程師建立測試系統(tǒng)的方式

27、。圖9.LabVIEW使用戶定義的儀器和可自定義的硬件成為可能虛擬儀器給自動測試應用帶來的益處是什么？測試一直是虛擬儀器長期應用的領域。超過25,000家公司（大部分是測試和測量公司）使用NI的虛擬儀器?，F(xiàn)在，許多公司都迅速地采用了具有高達200MS/s數(shù)字化性能的產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟擁有60多個成員，提供了數(shù)以百計的產(chǎn)品，而且數(shù)以萬計的R&D、驗證和產(chǎn)品測試工程師和科學家正在使用成千上萬的儀器驅(qū)動。而且，現(xiàn)在對于測試的需要越來越大。隨著創(chuàng)新的步伐越來越快，希望新的不同的產(chǎn)品更快地進入市場的壓力越來越大。消費者的期望在不斷的增加。以電子市場為例，消費者要求不同的功能可以更低的成本在一個更小的空

28、間得到集成。近年來經(jīng)濟的低迷并沒有阻止革新的需要，但是卻要求使用更少資源。滿足這些需要是商業(yè)成功的一個因素能夠快速、一貫并且最可靠地滿足這些需要的公司一定能在競爭中占有決定性的優(yōu)勢。所有這些條件都驅(qū)使新的驗證、檢驗和生產(chǎn)測試需要。一個能與創(chuàng)新保持同步的測試平臺不是或有或無的，而是必需的。這個平臺必須包含具有足夠適應能力的快速測試開發(fā)工具以在整個產(chǎn)品開發(fā)流程中使用。產(chǎn)品快速上市和高效生產(chǎn)產(chǎn)品的需要要求高吞吐量的測試。為了測試消費者所要求的復雜多功能產(chǎn)品需要精確的同步測量能力，而且隨著公司不斷地結(jié)合創(chuàng)新以提供不同的產(chǎn)品，測試系統(tǒng)必須快速地調(diào)整以測試這些新特性。 虛擬儀器是對這些挑戰(zhàn)的一種革新性解決

29、方案。它將快速軟件開發(fā)和模塊化、靈活的硬件結(jié)合在一起從而創(chuàng)建用戶定義的測試系統(tǒng)。虛擬儀器提供了：用于快速測試開發(fā)的直觀軟件工具 基于創(chuàng)新商用技術(shù)的快速、精確的模塊化I/O具有集成同步功能的基于PC的平臺，以實現(xiàn)高精確度和高吞吐量 虛擬儀器技術(shù)如何應用于控制和工業(yè)應用？PC和PLC在控制和工業(yè)應用中都發(fā)揮著十分重要的作用。PC帶來了更大的軟件靈活性和更多的性能，而PLC則提供了優(yōu)良的穩(wěn)定性和可靠性。但是隨著控制需求越來越復雜，加速性能并同時保持穩(wěn)定性和可靠性就成為公認的需要。獨立的工業(yè)專家已經(jīng)意識到了對工具的需要，這種工具應該能夠滿足不斷增長的對更加復雜、動態(tài)、自適應和基于算法控制的需要。PAC

30、正是工業(yè)的需求也是虛擬儀器的回答。一個獨立的研究公司定義了可編程自動控制器（PAC）來解決這個問題。ARC研究機構(gòu)的Craig Resnick將PAC定義成：多領域功能（邏輯、運動、驅(qū)動和過程）這個概念支持多種I/O類型。邏輯、運動和其他功能的集成是不斷增長的負責控制方法的要求。單一的多學科開發(fā)平臺單一的開發(fā)環(huán)境必須能支持各種I/O和控制方案用于設計貫穿多個機器或處理單元的應用程序的軟件工具這個軟件工具必須能適應分布式操作。一組de facto網(wǎng)絡和語言標準這個技術(shù)必須利用高投入技術(shù)。 5. 開放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)設計和技術(shù)標準與規(guī)范必須是在實現(xiàn)中開放的、模塊化的和可結(jié)合的。PAC給PC軟件的

31、靈活性增添了PLC的穩(wěn)定性和可靠性。LabVIEW軟件和穩(wěn)定、實時的控制硬件平臺對于創(chuàng)建PAC是十分完美的。虛擬儀器技術(shù)給設計帶來的益處是什么？使用各種軟件設計工具的設計工程師必須使用硬件來測試原型。通常，在設計階段和測試/驗證階段之間沒有一個良好的接口，這就意味著設計必須經(jīng)歷一個完成階段而后進入測試/驗證階段。測試階段發(fā)現(xiàn)的問題需要不斷反復設計階段。圖10.測試在當今電子設備的設計和生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用事實上，開發(fā)過程有兩個完全不同且分離的階段設計和測試是兩個單獨的實體。在設計方面，EDA工具廠商承受著巨大的壓力與不斷增長的半導體設計和生產(chǎn)集團復雜要求相互作用。工程師和科學家要求隨著產(chǎn)品從

32、原理圖設計到仿真再到物理層，EDA應具有從一個工具到其他的工具可重復使用設計的能力。相似地，測試系統(tǒng)開發(fā)正朝模塊化方式發(fā)展。這兩個世界之間的間隙在傳統(tǒng)上一直被忽視，直到在新的產(chǎn)品原型設計階段才第一次引起注意。傳統(tǒng)上，這一階段是產(chǎn)品設計者使用臺式儀器將物理原型與他們的設計對照，進行完整性檢查以獲得正確性。設計者手工地進行測量，在他們的儀器上探測電路并監(jiān)測信號以發(fā)現(xiàn)問題或性能局限。隨著設計反復地經(jīng)歷建立測量調(diào)整重建立這個過程，設計者再次需要同樣的測量。此外，這些測量可能十分復雜需要頻率、幅值和溫度自始至終地隨所采集和分析的數(shù)據(jù)而變動。由于工程師注重于設計工具，所以他們不愿意學習如何將他們的測試自動

33、化。 具有內(nèi)在集成屬性的系統(tǒng)容易擴展并且能適應不斷增長的產(chǎn)品功能。一旦需要新的測試，工程師只需要簡單地給平臺添加新的模塊以完成測量。虛擬儀器軟件的靈活性和虛擬儀器硬件的模塊化使得虛擬儀器成為加速開發(fā)周期的必需。虛擬儀器軟件問題為什么軟件對于虛擬儀器如此重要？每一個虛擬儀器都建立在靈活和強大的軟件之上，這是通過具有創(chuàng)新精神的工程師或科學家應用所在領域的專業(yè)知識來自定義測量和控制應用來實現(xiàn)。虛擬儀器軟件可以劃分成幾種不同的類別。大部分人馬上想到就是應用軟件層。這是為建立一個應用所需的首要開發(fā)環(huán)境。它所包含的軟件諸如LabVIEW、NI LabWindows/CVI（ANSI C）和NI Measu

34、rement Studio（Visual Studio 編程語言）。在此之上是測試執(zhí)行層，一個集成了應用程序?qū)娱_發(fā)的所有功能并提供系統(tǒng)范圍數(shù)據(jù)管理的環(huán)境。下一層通常被忽略但是對于維持軟件開發(fā)效率卻十分重要。測量和控制服務層包括與所有硬件通信的驅(qū)動。它必須能存取和保存硬件功能和性能，也必須是可交互操作的它必須與所有其他的驅(qū)動和可能成為解決方案一部分的眾多模塊化I/O類型協(xié)同工作。圖11.虛擬儀器軟件什么使得LabVIEW對于虛擬儀器如此完美？LabVIEW是虛擬儀器的重要部分因為它提供了一個易于使用的應用程序開發(fā)環(huán)境，專門為工程師和科學家而設計。LabVIEW提供了許多強大的特性使得它與廣泛的硬

35、件和其他軟件輕松連接。這一易于使用和其他特性提供了虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境所需的靈活性。結(jié)果就是用戶定義的界面和用戶定義的應用程序功能。LabVIEW提供的眾多強大特性之一就是圖形化編程環(huán)境。利用LabVIEW，工程師和科學家可以通過在計算機屏幕上創(chuàng)建一個圖形化的用戶界面設計自定義的虛擬儀器。通過計算機屏幕，他們可以：操作儀器程序控制所選擇的硬件分析所采集的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果他們可以使用旋鈕、按鈕、表盤和圖表自定義LabVIEW用戶界面，或者前面板，從而仿效傳統(tǒng)儀器的控制面板、創(chuàng)建自定義的測試面板或者可視化地表示過程控制和操作。圖12.LabVIEW虛擬儀器包括用戶界面和應用程序邏輯通過連接圖標來創(chuàng)建方

36、塊圖（對于工程師和科學家來說是自然設計符號）即可決定虛擬儀器的行為。利用圖形化編程，工程師和科學家可以比通常的編程語言更快地開發(fā)系統(tǒng)，同時保持了創(chuàng)建各種應用程序所需的靈活性。LabVIEW是一個開放式環(huán)境，它包含了即時使用的庫，從串行總線、以太網(wǎng)和GPIB通信到運動控制，數(shù)據(jù)采集和圖像采集。虛擬儀器是如何利用最新的軟件趨勢？(still waiting from content from Nicole McGarry)在如下HW問題之后建模Longhorn操作系統(tǒng)Visual Studio .NET語言其他什么是測量服務軟件？ 測量服務軟件相當于I/O驅(qū)動軟件層。然而，它不僅僅是一個驅(qū)動。雖然

37、經(jīng)常被忽視，但是它是快速開發(fā)應用程序所需的最重要元素之一。這一軟件將虛擬儀器軟件與用于測量和控制的硬件向連接。它包括直觀的應用程序編程界面、儀器驅(qū)動、配置工具、快速I/O助手和其他包含在NI硬件產(chǎn)品之中的軟件。NI測量服務軟件提供了與NI硬件和NI應用程序開發(fā)環(huán)境的優(yōu)化結(jié)合。NI-DAQmx Measurement Services SoftwareNI-DAQmx測量服務軟件Basic DAQ Driver Software基本數(shù)據(jù)采集驅(qū)動軟件Productivity效率Automatic code generation自動代碼生成-Configuration management配置管理-

38、Analog, digital, and counter test panels模擬、數(shù)字和計數(shù)測試面板Real-world unit scaling真實單元縮放-Single API for all hardware and I/O types為所有硬件和I/O類型提高的單一API-Measurement examples測量例程 3000 20Data-logging software數(shù)據(jù)記錄軟件-Pinpoint error diagnostics定位錯誤診斷-Performance性能Optimized multithreaded I/O performance優(yōu)化的多線程I/O性能-

39、Optimized single point loops優(yōu)化的單點循環(huán)Real-time capabilities實時性能-Entire measurement path calibration完整的測量路徑校準-Advanced device calibration高級的設備校準-Industry de facto standard工業(yè)de facto標準- Best Good -Not available最優(yōu) 良好 不可得表1. NI-DAQmx包括高性能的驅(qū)動和附加軟件以提高效率NI 測量&自動化瀏覽器和DAQ助手只是NI-DAQmx測量服務軟件（應用在許多NI DAQ設備上）所包含的眾

40、多價值中的兩個例子。NI也在每個M系列DAQ設備、USB DAQ設備以及其他許多設備上包含了免費的數(shù)據(jù)記錄軟件。諸如測量&自動化瀏覽器之類的配置工具可以配置和測試I/O，以及存儲、縮放、校準和收集通道混疊信息。這些工具對于以更快時間完成首次測量、發(fā)現(xiàn)并解決測試系統(tǒng)故障以及維護是十分重要的。I/O助手是一個交互式工具，用來快速創(chuàng)建測量或刺激應用程序。以儀器I/O助手和DAQ助手為例。如下圖所示的DAQ助手顯示了一個無需編程即可配置常用數(shù)據(jù)采集參數(shù)的面板。易于使用的助手和強大編程環(huán)境的結(jié)合提供了快速的開發(fā)和滿足廣泛應用需要的能力。Figure 13. DAQ Assistant, availabl

41、e with NI-DAQmx, simplifies data acquisition task creation.圖13. NI-DAQmx 里可得的DAQ助手簡化了數(shù)據(jù)采集任務的創(chuàng)建什么操作系統(tǒng)（OS）與NI虛擬儀器兼容？NI為在流行的操作系統(tǒng)（包括Windows (XP/2000/NT)、Mac OS X、Linux、 PocketPC和PalmOS）上開發(fā)虛擬儀器提供了虛擬儀器軟件支持和DAQ、GPIB及其他硬件支持。除了這些常見的操作系統(tǒng)，NI也支持運行在實時操作系統(tǒng)之上的確定性測量和控制系統(tǒng)。實時平臺為應用程序提供了框架，從而可以及時的按預期運行并具有增強的可靠性，而且無需交互作

42、用即可單獨運行。在桌面環(huán)境里開發(fā)之后，工程師或科學家編譯代碼并把它應用到NI實時硬件對象。虛擬儀器硬件問題虛擬儀器軟件運行于什么硬件I/O和平臺？ I/O在虛擬儀器中發(fā)揮著重要作用。為了加速測試、控制和設計，I/O硬件必須快速適應新的觀念和產(chǎn)品。虛擬儀器以在可擴展的硬件平臺里的模塊化的形式提供了這種能力。NI模塊化I/O涵蓋了各種不同的I/O類型，因此工程師和科學家可以在眾多種類中選擇I/O，包括模擬、數(shù)字、計數(shù)/計時、圖像和運動。模塊化I/O也包括模塊化儀器，例如示波器、儀表、任意波形發(fā)生器、LCR儀表等等。利用各種出色的I/O，工程師可以隨意選擇任意應用程序所要求的I/O類型。細心的工程師

43、確保了這些不同類型的I/O可以無縫地一起工作，這意味著他們可以有效地共享底板和定時資源。 包含I/O的標準硬件平臺對于I/O模塊化十分重要。手提和臺式電腦提供了一個出色的平臺，在這個平臺上虛擬儀器可以使用已有的大部分標準，如USB、PCI、以太網(wǎng)和PCMCIA總想。通過使用這些標準總線，NI可以致力于測量硬件革新同時從不可避免的PC平臺革新中受益（例如，USB2.0和PCI Express）。圖14.模塊化I/O和可擴展的平臺（如USB、PCI和PXI）提供了靈活性和可擴展性除了使用標準平臺之外，NI作為65個廠商聯(lián)盟的一部分，極力推動用于虛擬儀器的PXI硬件平臺。PXI是一個建立在PC技術(shù)之

44、上的模塊化I/O標準。它在基于PC的體系結(jié)構(gòu)上增加了集成定時和同步、工業(yè)穩(wěn)定性和增強的通道計數(shù)。今天，為PXI平臺而創(chuàng)建的1000余種產(chǎn)品正在世界范圍內(nèi)為數(shù)以千計的公司使用。選擇合適的平臺來創(chuàng)建虛擬儀器依賴于特定的應用要求。例如，便攜性、精確的同步和采集速率都在選擇平臺時起到作用。Platform平臺PXIPXIDesktop臺式Portable便攜式Compact FieldPointCompact FieldPointCompactRIOCompactRIOFeature特性Bus總線CompactPCICompactPCIPCIPCIUSB, PCMCIA, IEEE 1394 (Fir

45、eWire)USB, PCMCIA, IEEE 1394 （火線）Ethernet, serial, wireless, Fieldbus以太網(wǎng)、串行總線、無線、FieldbusEthernet, serial, CAN以太網(wǎng)、串行總線、CAN總線Sampling rate采樣速率Resolution分辨率Channel capacity通道容量Portability便攜性Real-time control實時控制Triggering and synchronization觸發(fā)和同步Ruggedness穩(wěn)定性 Best Better Good最優(yōu) 優(yōu)良 良好表2.NI硬件平臺比較新的總線技術(shù)如

46、USB 2.0和PCI Express如何提高虛擬儀器的性能？與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器利用了商業(yè)上可得的計算機技術(shù)進步來以更低的代價進行更快的、更高性能的測量。其中的一個例子就是利用PC數(shù)據(jù)總線。在儀器通信接口如串口和GPIB數(shù)十年幾乎保持不變的時候，新的PC總線在帶寬和易用性上提供了巨大的提高。從20世紀60年代中期開始，根據(jù)摩爾定律，PC處理能力幾乎每18個月翻一番。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)總線如PCI Express和USB 2.0正在速度上進行相似的跳躍。良好的虛擬儀器軟件利用了這些最新的技術(shù)同時將對虛擬儀器應用的影響最小化。32位、33MHz的PCI總線所提供的132MB/s的帶寬仍然存在于大多數(shù)

47、臺式PC，這正好與10年前的插入式外設形成對照，但是現(xiàn)在可以被單一的設備所壟斷，例如串行ATA驅(qū)動器。而且1G網(wǎng)卡1000mb/s使用了大約95%的可從PCI總線獲得的帶寬。PCI總線體系結(jié)構(gòu)要求總線上所有的設備共享可得的132MB/s的帶寬，因此高帶寬設備如串行ATA驅(qū)動器和1G網(wǎng)卡將抑制PCI總線上的其他設備。為了彌補這些局限，一個成為PCI Express的新串行總線近來開始應用在新PC上。PCI Express保持了與PCI的軟件兼容性，但是用高速（2.5Gb/s）的串行總線替代了物理總線。數(shù)據(jù)在被成為“信道”的發(fā)射和接收信號對以數(shù)據(jù)包的形式傳送，具有大約單向每信道200MB/s的帶寬

48、。多信道可以結(jié)合在一起構(gòu)成x1（乘1）、x2、x4和 x8的信道帶寬，而且與總線上所有設備共享帶寬的PCI不同，這個帶寬是提供給系統(tǒng)中每個設備的。PCI Express給虛擬儀器帶來的益處是顯而易見的。插入式設備如數(shù)據(jù)采集設備和抓幀器可以利用提高的帶寬來實現(xiàn)更快的采集和更高的吞吐量，而且多系統(tǒng)設備可從有保障的帶寬可用性中受益。圖15.PC總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)已作為所有新的臺式和便攜式PC上標準的USB 2.0也為虛擬儀器提供了顯著的益處。最初時為諸如鍵盤和鼠標等外設與PC的連接而創(chuàng)建的USB迅速地成為普遍的標準，用來向PC和電子設備（包括數(shù)字照相機、MP3播放器甚至數(shù)據(jù)采集設備）中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。USB即插