虛擬儀器設(shè)計(jì)-概論

虛擬儀器設(shè)計(jì)

西安電子科技大學(xué)測控工程與儀器系主講教師：賀華老師聯(lián)系系方式：：

電話話虛擬儀儀器設(shè)計(jì)計(jì)課程程公共郵郵箱:vi..xidian@163.com密密碼::vixidian第一章概概論論儀器技術(shù)術(shù)的相關(guān)關(guān)概念測量是人人類認(rèn)識(shí)識(shí)客觀世世界的最最基本方方法。測測量技術(shù)術(shù)也是人人類科學(xué)學(xué)技術(shù)和和改造客客觀世界界能力的的重要標(biāo)標(biāo)志。從從廣義上上講，測測量本身身是一種種試驗(yàn)方方法，也也是通過過試驗(yàn)，，對客觀觀事物取取得定量量意義（（或叫信信息）的的過程。。事實(shí)上上，這種種過程就就是把待待測量直直接或間間接的與與另一同同類的已已知量進(jìn)進(jìn)行比較較，用已已知量作作為計(jì)量量單位，，求得待待測量的的過程，，人們通通過測量量可以建建立對客客觀事物物屬性量量度的認(rèn)認(rèn)識(shí)，并并可通過過對測量量結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行必要的的歸納和和演繹，，從中找找到客觀觀事物的的演變規(guī)規(guī)律，提提出科學(xué)學(xué)的理論論?！皽y量是是科學(xué)進(jìn)進(jìn)步的階階梯”“沒有測測量，就就沒有科科學(xué)”測量：檢測一般般指現(xiàn)代代自動(dòng)化化大生產(chǎn)產(chǎn)中為確確保產(chǎn)品品質(zhì)量對對生產(chǎn)流流程中某某些物理理量值和和工藝質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行行的監(jiān)控控性測量量過程。。檢測技技術(shù)就是是要研究究那些被被監(jiān)測的的非電物物理對象象如何變變換成一一般計(jì)量量測試儀儀器所能能測量到到的電量量參數(shù)，，并經(jīng)過過校準(zhǔn)換換算使之之變?yōu)楸槐粶y對象象應(yīng)有的的單位量量值。在在這一過過程中工工藝規(guī)范范和質(zhì)量量標(biāo)準(zhǔn)的的建立是是十分重重要的，，沒有規(guī)規(guī)范和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的檢檢測是無無意義的的。檢測測也可以以指那些些對成品品質(zhì)量實(shí)實(shí)行抽樣樣檢查而而進(jìn)行的的測量過過程。檢測：一般泛指指生產(chǎn)和和科學(xué)實(shí)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)經(jīng)常進(jìn)行行的滿足足一定準(zhǔn)準(zhǔn)確度要要求的試試驗(yàn)性測測量過程程?！皽y試””與“測測量”、、“檢測測”在理理解上稍稍有區(qū)別別：(1)測試可指指那些實(shí)實(shí)驗(yàn)研究究性質(zhì)的的測量過過程，這這種測量量一般沒沒有建立立正式的的計(jì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，我我們只能能用一些些有意義義的參數(shù)數(shù)和方法法去“測測評”被被測對象象的狀態(tài)態(tài)、性能能或能力力。這種種“測評評”是無無法計(jì)量量的，只只能是試試驗(yàn)性質(zhì)質(zhì)的，這這種測評評過程一一般只能能稱為測測試。。例如，，我們對對一個(gè)人人能力的的考查，，只能能用有某某種公認(rèn)認(rèn)水準(zhǔn)的的題目或或項(xiàng)目來來考查他他，看他他能否應(yīng)應(yīng)答自如如或高質(zhì)質(zhì)量完成成，這就就是一種種測試過過程。測試：(2)測試也可可指只著著眼于定定性而不不重定量量的測量量過程，，例如，，邏輯電電路中對對邏輯電電平的測測量，我我們只著著重判別別測試點(diǎn)點(diǎn)邏輯電電平的高高低，邏邏輯狀態(tài)態(tài)是否正正確，而而不去追追求該電電平的精精確量值值。這種種只求定定性，不不求精確確測定量量的測量量過程也也稱為測測試過程程。(3)測試也可可以指試試驗(yàn)和測測量的全全過程，，這種過過程即是是定量的的，也是是定性的的。在這這種情況況下，可可以把測測試?yán)斫饨鉃橐环N種手段或或過程，，其目的的在于鑒鑒別被測測對象的的性質(zhì)和和特征。。例如，，一般對對各種產(chǎn)產(chǎn)品的鑒鑒定工作作就是一一種既定定量又定定性的測測試過程程。(4)在生產(chǎn)流流程和成成品鑒定定中的檢檢測過程程，從過過程的作作用和意意義來講講實(shí)際上上也是一一種測試試過程。。一個(gè)典型型的傳統(tǒng)統(tǒng)測試系系統(tǒng)常由由試驗(yàn)裝裝置、測測量部分分、數(shù)據(jù)據(jù)處理和和輸出設(shè)設(shè)備等幾幾部分組組成。測試系統(tǒng)統(tǒng)的組成成：測試工作作：根據(jù)據(jù)不同的的測試對對象，選選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)膫鞲懈衅鳎O(shè)設(shè)計(jì)或選選擇有效效而準(zhǔn)確確的中間間變換電電路、測測量儀器器和信號(hào)號(hào)處理部部件，以以最方便便、科學(xué)學(xué)的形式式把測試試結(jié)果顯顯示出來來?？茖W(xué)技術(shù)術(shù)的迅速速發(fā)展使使生產(chǎn)效效率愈來來愈高，，科學(xué)研研究也愈愈來愈深深入和復(fù)復(fù)雜。在在大規(guī)模模的生產(chǎn)產(chǎn)和科學(xué)學(xué)研究中中，要求求測試的的項(xiàng)目和和研究的的問題也也愈來愈愈多和復(fù)復(fù)雜，不不但工作作量大，，而且要要求高，，還常伴伴隨著大大量的數(shù)數(shù)據(jù)處理理和統(tǒng)計(jì)計(jì)運(yùn)算的的工作。。在這種種情況下下，靠人人工或功功能簡單單的儀器器測試已已經(jīng)無法法適應(yīng)這這種形勢勢的發(fā)展展了，自自然提出出了測試試技術(shù)的的自動(dòng)化化問題。。計(jì)算機(jī)技技術(shù)、實(shí)實(shí)時(shí)采樣樣技術(shù)、、頻率合合成技術(shù)術(shù)的發(fā)展展和成熟熟給自動(dòng)動(dòng)測驗(yàn)技技術(shù)奠定定了良好好的基礎(chǔ)礎(chǔ)。近代代檢測技技術(shù)、傳傳感器技技術(shù)、顯顯示技術(shù)術(shù)、數(shù)據(jù)據(jù)傳輸和和處理技技術(shù)以及及大規(guī)模模集成電電路技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，尤其其是單片片計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)和和計(jì)算機(jī)機(jī)科學(xué)的的飛速發(fā)發(fā)展和成成就，為為測試技技術(shù)的自自動(dòng)化提提供了必必要的技技術(shù)條件件和手段段。測試技術(shù)術(shù)的自動(dòng)動(dòng)化儀器的發(fā)發(fā)展歷史史第一代儀儀器：模模擬儀器器第二代儀儀器：數(shù)數(shù)字化儀儀器第三代儀儀器：智智能儀器器第四代儀儀器：虛虛擬儀器器儀器的發(fā)發(fā)展歷史史第一代儀儀器：模模擬儀器器如指針式式萬用表表，它們們的基本本特征是是采用模模擬電子子技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)，采采用指針針顯示結(jié)結(jié)果。第二代儀儀器：數(shù)數(shù)字化儀儀器數(shù)字化儀儀器目前前相當(dāng)普普及，如如數(shù)字電電壓表、、頻率計(jì)計(jì)等。這這類儀器器將模擬擬信號(hào)的的測量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)的測量量，并以以數(shù)字方方式輸出出最終結(jié)結(jié)果。儀器的發(fā)發(fā)展歷史史第三代儀儀器：智智能儀器器智能儀器器內(nèi)置微微處理器器，能進(jìn)進(jìn)行自動(dòng)動(dòng)測量，，具有一一定的數(shù)數(shù)據(jù)處理理能力，，可取代代部分腦腦力勞動(dòng)動(dòng)。它的的全部功功能全部部都是以以硬件（（或固化化的軟件件）的形形式存在在，無論論是開發(fā)發(fā)還是應(yīng)應(yīng)用，都都缺乏靈靈活性。。第四代儀儀器：虛虛擬儀器器虛擬儀器器是現(xiàn)代代計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)和和測量技技術(shù)相結(jié)結(jié)合的產(chǎn)產(chǎn)物，是是傳統(tǒng)儀儀器觀念念的一次次巨大變變革，是是將來儀儀器發(fā)展展的一個(gè)個(gè)重要方方向。儀器技術(shù)術(shù)革命第一次儀儀器革命命是由于于數(shù)字電電子技術(shù)術(shù)的發(fā)展展引起的的，使儀儀器形態(tài)態(tài)進(jìn)入了了數(shù)字化化儀器時(shí)時(shí)代；第二次儀儀器革命命是由于于微處理理器的大大量應(yīng)用用引起的的，使儀儀器形態(tài)態(tài)進(jìn)入了了智能儀儀器時(shí)代代；目前，儀儀器領(lǐng)域域正在進(jìn)進(jìn)行第三三次儀器器革命，，這次革革命是由由通用計(jì)計(jì)算機(jī)硬硬軟件技技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步引起起的，這這次儀器器革命將將使儀器器形態(tài)進(jìn)進(jìn)入第四四個(gè)時(shí)期期：虛擬擬儀器時(shí)時(shí)代。儀器的構(gòu)構(gòu)成元素素?cái)?shù)據(jù)采集集信號(hào)處理理結(jié)果表達(dá)與儀器控制硬件（電電子線路路）硬件（電電子線路路）硬件（顯顯示器與與旋鈕））硬件（電電子線路路）計(jì)算機(jī)軟軟件（算算法）計(jì)算機(jī)硬硬件（顯示器器與虛擬擬旋鈕））傳統(tǒng)儀器器虛擬儀器器計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)資源源傳統(tǒng)儀器器廠商定義義功能虛擬儀器器用戶定義義功能儀器概念念的轉(zhuǎn)變變VirtualInstrumentation---ComputerBasedInstruments習(xí)慣把具具有自動(dòng)動(dòng)化、智智能化、、可編程程化等功功能的測測試系統(tǒng)統(tǒng)稱為自自動(dòng)測試試系統(tǒng)，，也稱作作現(xiàn)代測測試系統(tǒng)統(tǒng)。它的的主要表表現(xiàn)形式式有：1、智能儀儀器2、自動(dòng)測測試系統(tǒng)統(tǒng)3、虛擬儀儀器自動(dòng)測試試系統(tǒng)定定義：1、智能能儀器

所謂智能能儀器是是用以形形容新的的一代測測量儀器器．這類類儀器儀儀表中含含有微處處理器、、單片計(jì)計(jì)算機(jī)或或體積很很小的微微型機(jī)，，有時(shí)亦亦稱為內(nèi)內(nèi)含微處處理器的的儀器或或基于微微型機(jī)的的儀器。。這類儀儀器，因因?yàn)楣δ苣茇S富又又很靈巧巧，國外外書刊中中常簡稱稱為智能能儀器。。智能儀器器的特點(diǎn)點(diǎn)（1）具具有自動(dòng)校準(zhǔn)準(zhǔn)的功能；；（2）具具有強(qiáng)大的數(shù)數(shù)據(jù)處理理能力；（3）具具有量程自動(dòng)動(dòng)切換的功能；；（4）具具有操作作面板和和顯示器器；（5）具具有修正誤差差的能力；；（6）有有簡單的的報(bào)警功能。自動(dòng)校準(zhǔn)準(zhǔn)功能一般儀器器在使用用前都要要進(jìn)行刻刻度校準(zhǔn)準(zhǔn)。在使用中中，隨著著儀表溫溫度升高高，元件件的參數(shù)數(shù)往往會(huì)會(huì)發(fā)生變變化，還還有諸如如電網(wǎng)干干擾、噪噪聲等因因素的影影響，原原來校準(zhǔn)準(zhǔn)好的狀狀態(tài)會(huì)受受到破壞壞，導(dǎo)致致前后測測量的數(shù)數(shù)據(jù)不一一致。智能儀器器不僅可可以自動(dòng)動(dòng)校準(zhǔn)．．還可以以在測量量過程中中定期校校準(zhǔn)。這這樣測量量的一致致性條件件校好，，減小了了誤差。。電壓輸入入自動(dòng)校校正智能儀器器的一般般結(jié)構(gòu)：：一、在物理結(jié)結(jié)構(gòu)上，，微型計(jì)算算機(jī)內(nèi)含于測測量儀器器。微處處理器及及其支持持部件是是整個(gè)測測試電路路的一個(gè)個(gè)組成部部分，但但是，從從計(jì)算機(jī)機(jī)的觀點(diǎn)點(diǎn)來看，，測試電電路與鍵鍵盤、GPIB接口、顯顯示器等等部件一一樣，僅僅是計(jì)算算機(jī)的一一種外圍圍設(shè)備。。二、智能能儀器的的管理程程序也稱稱監(jiān)控程程序，分分析、接接受、執(zhí)執(zhí)行來自自鍵盤或或接口的的命令，，完成測測試和數(shù)數(shù)據(jù)處理理等任務(wù)務(wù)。軟件件存于ROM或EPROM。軟件是智能儀儀器的靈靈魂。智能儀器器的基本本組成智能儀器器工作過過程1、微處理理器接收收來自鍵鍵盤或GPIB接口命令令，解釋釋并執(zhí)行行這些命命令；2、微處理理器通過過接口發(fā)發(fā)出各種種控制信信息給測測試電路路，以規(guī)規(guī)定功能能、啟動(dòng)動(dòng)測量、、改變工工作方式式等，3、當(dāng)測試試電路完完成一次次測量后后，微處處理器讀讀取測量量數(shù)據(jù)，，進(jìn)行必必要的加加工、計(jì)計(jì)算、變變換等處處理，最最后以各各種方式式輸出。。2、自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)一個(gè)自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)，一一般由四四部分組組成：第第一是微機(jī)或微微處理器器，它是整整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的核心心；第二二是被控控制的測測量儀器器或設(shè)備備，稱為為可程控儀儀器；第三是是接口；第四是是軟件。自動(dòng)測試試系統(tǒng)基基本構(gòu)成成(一)微微機(jī)(或或微處理理器)這是整個(gè)個(gè)系統(tǒng)的的核心。。在軟件件控制下下，微機(jī)機(jī)控制夠夠個(gè)自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)正常常運(yùn)轉(zhuǎn)，，并對測測量數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行某某種方式式的處理理，如計(jì)計(jì)算、變變換、數(shù)數(shù)據(jù)處理理、誤差差分析等等；最后后將測量量結(jié)果通通過打印印機(jī)、顯顯示器、、磁盤磁磁卡或電電表、數(shù)數(shù)碼顯示示等方式式輸出。。(二)可可程控儀儀器或設(shè)設(shè)備在自動(dòng)測測試過程程中，測測量儀器器或設(shè)備備的工作作，如測測量功能能、工作作頻段、、輸出電電平、量量程等的的選擇和和調(diào)節(jié)都都是由微微機(jī)所發(fā)發(fā)控制指指令的控控制下完完成的。。這種能能接受程程序控制制并據(jù)之之改變內(nèi)內(nèi)部電路路工作狀狀態(tài)，以以及完成成特定任任務(wù)的測測量儀器器稱為儀儀器的可可程序控控制，簡簡稱可程程控，或或稱程控控儀器。。顯然程程控儀器器是組成成自動(dòng)測測試系統(tǒng)統(tǒng)的基本本部分。。(三)接接口口一個(gè)自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)中，，各儀器器和設(shè)備備之間的的接口的的總體稱稱為該自自動(dòng)測試試系統(tǒng)的的接口系系統(tǒng)。顯顯然，接接口系統(tǒng)統(tǒng)是自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)達(dá)到到自動(dòng)測測試目的的，使自自動(dòng)測試試系統(tǒng)各各儀器和和設(shè)備之之間進(jìn)行行有效通通信的重重要環(huán)節(jié)節(jié)。60年代代中期以以前，接接口是專專用的和和非標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化的，，即是專專門為某某一自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)而設(shè)設(shè)計(jì)制造造的，設(shè)設(shè)計(jì)和制制造不具具有重復(fù)復(fù)性。接口的主主要任務(wù)務(wù)是在下下列方面面提供儀儀器與計(jì)計(jì)算機(jī)連連接需要要的兼容容。機(jī)械兼容容對接口的的最簡單單的要求求是提供供機(jī)械兼兼容，就就是要有有適當(dāng)?shù)牡倪B接器器和它們們之間的的連線。。電磁兼容容接口的第第二種作作用是使使計(jì)算機(jī)機(jī)和探器器之間有有適配的的電器特特性即在在邏輯電電平方面面要相符符合。數(shù)據(jù)兼容容一旦接口口已使計(jì)計(jì)算機(jī)和和儀器實(shí)實(shí)現(xiàn)了機(jī)機(jī)械和電電器兼?zhèn)鋫渌鼈兙途湍芡ㄟ^過數(shù)據(jù)線線交換電電信號(hào)信信息，但但需要某某種格式式翻譯，，有種種種編程能能力的計(jì)計(jì)算機(jī)通通常能執(zhí)執(zhí)行這種種功能，，考慮到到速度，，往往把把這個(gè)任任務(wù)交給給接口完完成。自動(dòng)測試試技術(shù)源源于70年代，，發(fā)展至至今．大大致可分分為三代代，其系系統(tǒng)組成成結(jié)構(gòu)也也有較大大的不同同。第一代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)（（50年代代-70年代初初）第一代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)多多為專用用系統(tǒng)，，通常是是針對某某項(xiàng)具體體任務(wù)而而設(shè)計(jì)的的。如數(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)動(dòng)采集和和自動(dòng)分分析，只只能用于于大量的的要求重重復(fù)、快快速、高高可靠和和對人員員健康有有害又難難于接近近的測試試場合。。其結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)是是采用比比較簡單單的定時(shí)時(shí)器或掃掃描器作作為控制制器，其其接口也也是專用用的。因因此，第第一代測測試系統(tǒng)統(tǒng)通用性性比較差差。自動(dòng)測試試系統(tǒng)發(fā)發(fā)展歷程程第二代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)（70年代初初出現(xiàn)））第二代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)典典型方塊塊圖如圖圖所示。。與第一一代自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)的主主要不同同在于：：采用了了標(biāo)準(zhǔn)化化的通用用可程控控測量儀儀器接口口總線((IEEE488))及可程程序控制制的儀器器和測控控計(jì)算機(jī)機(jī)(控制制器)，，從而使使得自動(dòng)動(dòng)測試系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)、使使用和組組裝都比比較容易易。第三代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)第二代自自動(dòng)測試試系統(tǒng)雖雖然比人人工測試試顯示出出前所未未有的優(yōu)優(yōu)越性，，但是在在這些系系統(tǒng)中，，電子計(jì)計(jì)算機(jī)并并沒有充充分發(fā)揮揮作用，，系統(tǒng)中中仍是使使用傳統(tǒng)統(tǒng)的測試試設(shè)備((只不過過是配備備了新的的標(biāo)準(zhǔn)接接口)，，整個(gè)系系統(tǒng)的工工作過程程基本上上還是對對傳統(tǒng)人人工測試試的模擬擬。于是是出現(xiàn)了了虛擬儀器器。虛擬儀器器（VirtualInstrument,簡簡稱VI）是是計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)同同儀器技技術(shù)深層層次結(jié)合合產(chǎn)生的的全新概概念的儀儀器，是是對傳統(tǒng)統(tǒng)儀器概概念的重重大突破破，是儀儀器領(lǐng)域域內(nèi)的一一次革命命。虛擬擬儀器是是繼第一一代儀器器——模擬式儀儀表、第二代代儀器———分立元件件式儀表表、第三代代儀器———數(shù)字式儀儀表、第四代代儀器———智能化儀儀器之后的新新一代儀儀器。虛擬儀器器所謂的虛虛擬儀器器，就是是在以通通用計(jì)算算機(jī)為核核心的硬硬件平臺(tái)臺(tái)上，由由用戶設(shè)設(shè)計(jì)定義義，具有虛擬擬面板，測試功能能由測試軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的一種計(jì)計(jì)算機(jī)儀儀器系統(tǒng)統(tǒng)?！疤摂M””的含義義虛擬的儀儀器面板板由軟件實(shí)實(shí)現(xiàn)儀器器的測量量功能（（軟件就就是儀器器）虛擬儀器器的定義義虛擬儀器器技術(shù)降降低了市市場門欄欄長期以來來，我國國儀器行行業(yè)作出出了巨大大的努力力，但始始終沒有有能力與與國外競競爭。思思考其中中緣由，，國外先先進(jìn)國家家在長期期的儀器器發(fā)展中中，形成成了以知知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)為核心心的技術(shù)術(shù)壁壘，，這個(gè)我我們很難難突破。。也就是是說，儀儀器市場場準(zhǔn)入門門欄太高高。虛擬儀器器技術(shù)采采用通用用計(jì)算機(jī)機(jī)平臺(tái)，，用軟件件算法代代替硬件件實(shí)現(xiàn)儀儀器功能能，這使使得我們們可以繞繞過復(fù)雜雜的工藝藝問題和和傳統(tǒng)儀儀器的知知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)，進(jìn)入入一個(gè)全全新的市市場，與與國外公公司在一一個(gè)全新新的領(lǐng)域域，展開開競爭。。我國儀儀器行業(yè)業(yè)應(yīng)抓住住現(xiàn)在的的大好時(shí)時(shí)機(jī)，大大力發(fā)展展虛擬儀儀器。就就能夠迅迅速縮短短我們與與發(fā)達(dá)國國家的差差距。發(fā)達(dá)國家家的市場場退出成成本較高高，我們們及時(shí)進(jìn)進(jìn)入市場場，能形形成后發(fā)發(fā)比較優(yōu)優(yōu)勢。發(fā)達(dá)國家家已形成成一套儀儀器工業(yè)業(yè)體系和和銷售服服務(wù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，在發(fā)發(fā)展虛擬擬儀器方方面，他他們只能能采用漸漸變的方方式，逐逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)傳統(tǒng)儀儀器退出出市場，，如果退退出太快快，就會(huì)會(huì)造成巨巨大的退退出成本本。我們作為為發(fā)展中中國家，，在傳統(tǒng)統(tǒng)儀器領(lǐng)領(lǐng)域未能能形成比比較優(yōu)勢勢。如果果我們集集中力量量，迅速速進(jìn)入下下一代虛虛擬儀器器市場，，我們不不存在退退出成本本的問題題，能夠夠迅速形形成后發(fā)發(fā)比較優(yōu)優(yōu)勢。略略過傳統(tǒng)統(tǒng)儀器的的發(fā)展階階段，迅迅速進(jìn)入入下一代代儀器發(fā)發(fā)展階段段，造成成儀器技技術(shù)的跨跨躍式發(fā)發(fā)展態(tài)勢勢?？畿S躍式發(fā)展展模式也也是發(fā)展展中國家家趕超發(fā)發(fā)達(dá)國家家的基本本模式。。虛擬儀器器的架構(gòu)構(gòu)模塊化儀器軟件算法1．虛虛擬儀器器的內(nèi)部部功能測量儀器器的內(nèi)部部功能可可劃分為為：輸入入信號(hào)的的測量、、轉(zhuǎn)換、、數(shù)據(jù)分分析處理理及測量量結(jié)果的的顯示四四個(gè)部分分。虛擬擬儀器也也不例外外，但是是實(shí)現(xiàn)上上述功能能的方式式不同，，下面按按三個(gè)部部分來敘敘述。（1）信信號(hào)采集集與控制制功能虛擬儀器器是由計(jì)計(jì)算機(jī)和和儀器硬硬件組成成的硬件件平臺(tái)，，實(shí)現(xiàn)對對信號(hào)的的采集、、測量//轉(zhuǎn)換與與控制的的。硬件件平臺(tái)由由兩部分分組成：：1、計(jì)算算機(jī)可以以是筆記記本計(jì)算算機(jī)、PC機(jī)或或工作站站；2、儀器器硬件：：可以是是插入式式數(shù)據(jù)采采集板（（含信號(hào)號(hào)調(diào)理電電路、A／D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器、、數(shù)字I／O、定時(shí)時(shí)器、D／A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等等），或或者是帶帶標(biāo)準(zhǔn)總總線接口口的儀器器，如GPIB儀器器、VXI儀器器、RS－232儀器器等)。。(2)數(shù)數(shù)據(jù)分析析處理功功能虛擬儀器器充分利利用了計(jì)計(jì)算機(jī)的的存儲(chǔ)、、運(yùn)算功功能，并并通過軟軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對輸入入信號(hào)數(shù)數(shù)據(jù)的分分析處理理。處理理內(nèi)容包包括進(jìn)行行數(shù)字信信號(hào)處理理＼數(shù)字字濾波統(tǒng)統(tǒng)計(jì)處理理、數(shù)值值計(jì)算與與分析等等。虛擬儀器器比傳統(tǒng)統(tǒng)儀器以以及以微微處理器器為核心心的智能能儀器有有更強(qiáng)大大的數(shù)據(jù)據(jù)分析處處理功能能。(3)測測量結(jié)結(jié)果的表表達(dá)虛擬儀器器充分利利用計(jì)算算機(jī)資源源如內(nèi)存存、顯示示器等，，對測量量結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù)的表表達(dá)與輸輸出有多多種方式式，這也也是傳統(tǒng)統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能及及的。例例如，虛虛擬儀器器可以實(shí)實(shí)現(xiàn)：通過總線線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)傳輸；；通過磁盤盤、光盤盤硬拷貝貝輸出；；通過文件件存于硬硬盤內(nèi)存存中；計(jì)算機(jī)屏屏幕顯示示。VI構(gòu)成成要素虛擬儀器器系統(tǒng)是是由計(jì)算機(jī)、、應(yīng)用軟軟件和儀儀器硬件件三大要素素構(gòu)成的的。計(jì)算算機(jī)與儀儀器硬件件又稱為為VI的的通用儀器器硬件平平臺(tái)。軟件技術(shù)術(shù)是虛擬擬儀器的的核心技技術(shù)。常常用的儀儀器用開開發(fā)軟件件有LabVIEW、、LabWindows/CVI、、VEE等等。。這些軟軟件已相相當(dāng)完善善，而且且還在升升級(jí)、提提高。以以LabVIEW為例例，這是是基于圖圖形化編編程語言言G的開開發(fā)環(huán)境境，用于于如GPIB、、VXI、PXI、PCI儀儀器及數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡等硬硬件的系系統(tǒng)構(gòu)成成，而且且，具有有很強(qiáng)的的分析處處理能力力。VI系統(tǒng)統(tǒng)有多種種構(gòu)成方方式：PC—DAQ測測量系統(tǒng)統(tǒng)：是以數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡、信信號(hào)調(diào)理理電路及及計(jì)算機(jī)機(jī)為儀器器硬件平平臺(tái)組成成的測試試系統(tǒng)。。GPIB系統(tǒng)：是以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總總線儀器器與計(jì)算算機(jī)為硬硬件平臺(tái)臺(tái)組成的的測試系系統(tǒng)。VXI系系統(tǒng)：是以VXI標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)總線線儀器與與計(jì)算機(jī)機(jī)為硬件件平臺(tái)組組成的測測試系統(tǒng)統(tǒng)。串口系統(tǒng)統(tǒng)：是以Serial標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)總線線儀器與與計(jì)算機(jī)機(jī)為硬件件平臺(tái)組組成的測測試系統(tǒng)統(tǒng)。現(xiàn)場總線線系統(tǒng)：是以Fieldbus標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)總線線儀器與與計(jì)算機(jī)機(jī)為硬件件平臺(tái)組組成的測測試系統(tǒng)統(tǒng)。VI構(gòu)成方式式被測信號(hào)GPIB儀器串口儀器VXI模塊PXI模塊PC-DAQ計(jì)算機(jī)I/O接接口設(shè)備備虛擬儀器器的構(gòu)成成方式無論上述述哪種VI系統(tǒng)統(tǒng)，都是是通過應(yīng)應(yīng)用軟件件將儀器器硬件與與各類計(jì)計(jì)算機(jī)相相結(jié)合，，其中PC-DAQ測測試系統(tǒng)統(tǒng)是構(gòu)成成VI的的基本方方式。因因?yàn)?，?shí)實(shí)際上數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)DAS是是構(gòu)成各各種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總線儀儀器的基基礎(chǔ)，故故虛擬儀儀器是基基于“信息的的數(shù)據(jù)采采集(ADC))-信號(hào)號(hào)的分析析與處理理(DSP)--輸出((DAC)及顯顯示”的結(jié)構(gòu)模模式建立立通用儀儀器硬件件平臺(tái)。。在這個(gè)通通用儀器器硬件平平臺(tái)上，，調(diào)用不不同的測測量軟件件就構(gòu)成成了不同同功能的的儀器。PXI模模塊VXI模模塊虛擬儀器器軟件平平臺(tái)Labview/Labwindows//CVI事實(shí)上的的虛擬儀儀器軟件件平臺(tái)HP-VEEVBVC+++其它1、編程程設(shè)計(jì)圖圖形化軟軟件模塊塊提提供圖圖形化編編程環(huán)境境，通過過調(diào)用控控件、庫庫函數(shù)原原碼模塊塊進(jìn)行儀儀器面板板設(shè)計(jì)和和數(shù)據(jù)分分析處理理。2、儀器器驅(qū)動(dòng)程程序（InstrumentDrivers))與用戶戶接口開開發(fā)工具具（UserInterfaceDevelopment)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)軟件模模塊。LabView軟件組成成虛似儀器器和傳統(tǒng)統(tǒng)儀器的的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用低開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高技術(shù)是更新周期短（0.5~1年）技術(shù)更新周期長（5~10年）軟件是關(guān)鍵硬件是關(guān)鍵價(jià)格低價(jià)格昂貴開放靈活與計(jì)算機(jī)同步，可重復(fù)用和重配置固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器只可連有限的設(shè)備自動(dòng)、智能化、遠(yuǎn)距離傳輸功能單一，操作不便虛擬儀器器的分類類:從技術(shù)發(fā)發(fā)展的角角度來看看，虛擬擬儀器走走的是兩兩條技術(shù)術(shù)路線：：一條是向向高速、、高精度度、大型型自動(dòng)測測試設(shè)備備（ATE）方方向發(fā)展展，即GPIB（1975））→VXI（1987）→PXI（（1997）的的發(fā)展路路線；另一條是是向高性性能、低低成本、、普及型型系統(tǒng)方方向發(fā)展展，即PC插卡卡（1987））→并口口式（1995）→串串口USB（1999）的技技術(shù)路線線。

虛擬儀器器的發(fā)展展隨著微微機(jī)的發(fā)發(fā)展和采采用總線線方式的的不同，，可分為為五種類類型：第一類：：PC總線——插卡型虛虛擬儀器器這種方式式借助于于插入計(jì)計(jì)算機(jī)內(nèi)內(nèi)的數(shù)據(jù)據(jù)采集卡卡與專用用的軟件件如LabVIEW相結(jié)合。。但是受受PC機(jī)機(jī)箱和和總線限限制，且且有電源源功率不不足，機(jī)機(jī)箱內(nèi)部部的噪聲聲電平較較高，插插槽數(shù)目目也不多多，插槽槽尺寸比比較小，，機(jī)箱內(nèi)內(nèi)無屏蔽蔽等缺點(diǎn)點(diǎn)。另外外，ISA總線的虛虛擬儀器器已經(jīng)淘淘汰，PCI總線的虛虛擬儀器器價(jià)格比比較昂貴貴。第二類：：并行口口式虛擬擬儀器最新發(fā)展展的一系系列可連連接到計(jì)計(jì)算機(jī)并并行口的的測試裝裝置，它它們把儀儀器硬件件集成在在一個(gè)采采集盒內(nèi)內(nèi)。儀器器軟件裝裝在計(jì)算算機(jī)上，，通常可可以完成成各種測測量測試試儀器的的功能，，可以組組成數(shù)字字存儲(chǔ)示示波器、、頻譜分分析儀、、邏緝分分析儀、、任意波波形發(fā)生生器、頻頻率計(jì)、、數(shù)字萬萬用表、、功率計(jì)計(jì)、程控控穩(wěn)壓電電源、數(shù)數(shù)據(jù)記錄錄儀、數(shù)數(shù)據(jù)采集集器。它它們的最最大好處處是可以以與筆記記本計(jì)算算機(jī)相連連，方便便野外作作業(yè)，又又可與臺(tái)臺(tái)式PC機(jī)相連，，實(shí)現(xiàn)臺(tái)臺(tái)式和便便攜式兩兩用，非非常方便便。由于于其價(jià)格格低廉、、用途廣廣泛，特特別適合合于研發(fā)發(fā)部門和和各種教教學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室應(yīng)用用。第三類：：GBIB總線方式式的虛擬擬儀器GPIB總線((GeneralPurposeInterfaceBus)),即IEEE488通用接口口總線,是HP公司在70年代推出出的臺(tái)式式儀器接接口總線線,因此又叫叫HPIB(HPInterfaceBus)。該標(biāo)準(zhǔn)總總線在儀儀器、儀儀表及測測控領(lǐng)域域得到了了最為廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。這這種系統(tǒng)統(tǒng)是在微微機(jī)中插插入一塊塊GPIB接口卡,通過24或25線電纜連連接到儀儀器端的的GPIB接口。當(dāng)當(dāng)微機(jī)機(jī)的總線線變化時(shí)時(shí),例如采用用ISA或PCI等不同總總線,接口卡也也隨之變變更,其余部分分可保持持不變,從而使GPIB系統(tǒng)能適適應(yīng)微機(jī)機(jī)總線的的快速變變化。由由于GPIB系統(tǒng)在PC出現(xiàn)的初初期問世世,所以有一一定的局局限性。。如其數(shù)據(jù)線只只有8根,用位并行行、字節(jié)節(jié)串行