虛擬 儀器 常見(jiàn)問(wèn)題介紹
虛擬 儀器 十分必要是因?yàn)樗o予了儀器快速的適應(yīng)能力，這是當(dāng)今的觀念、產(chǎn)品、過(guò)程設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和配送所要求的。只有虛擬 儀器 可以使得工程師和科學(xué)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(gè)不斷增長(zhǎng)的需要，科學(xué)家和工程師正轉(zhuǎn)向先進(jìn)的電子元件、處理器和軟件。以現(xiàn)代的手機(jī)為例，大多數(shù)具有上一代的*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(jī)、MP3播放器、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)瀏覽功能。 由于設(shè)備變得越來(lái)越以軟件為中心，所以先進(jìn)的電子元件提高功能是可能的。工程師和科學(xué)家無(wú)需改變硬件就可以給設(shè)備添加新功能，這就造成了無(wú)需花費(fèi)昂貴的硬件成本就可以提高觀念和產(chǎn)品。這延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生命和使用期限并且減少了產(chǎn)品交付時(shí)間。工程師和科學(xué)家可以通過(guò)軟件提高功能而不用為了一個(gè)特定的工作開(kāi)發(fā)專門(mén)的電子元件。 然而，這種功能的提高卻付出了代價(jià)。升級(jí)的功能引入了不可見(jiàn)的相互作用或錯(cuò)誤的可能性。因此，正如設(shè)備級(jí)的軟件有助于快速開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展功能一樣，設(shè)計(jì)和測(cè)試儀器也必須改變以檢驗(yàn)改進(jìn)的性能。 滿足這些需要的**方式就是利用測(cè)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(tái)，所以虛擬儀器專門(mén)定位在與*新觀念和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速率同步。NI的LabVIEW，一個(gè)**的虛擬儀器圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用符號(hào)或圖形表示來(lái)加速開(kāi)發(fā)。軟件使用符號(hào)表示功能，通過(guò)快速地配置圖形塊來(lái)鞏固功能進(jìn)一步加速了開(kāi)發(fā)。 另一個(gè)虛擬儀器組成部分是模塊化I/O，它設(shè)計(jì)成可以迅速地以任何順序或數(shù)量進(jìn)行組合來(lái)確保虛擬儀器能夠監(jiān)視和控制任意一個(gè)開(kāi)發(fā)方面。使用為模塊化I/O精心設(shè)計(jì)的軟件驅(qū)動(dòng)，工程師和科學(xué)家可以在并行操作期間快速地獲得功能。 虛擬儀器第三個(gè)組成部分——商用平臺(tái)使用(經(jīng)常由于**同步而得到增強(qiáng))——確保了虛擬儀器利用了*新的計(jì)算機(jī)性能和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。這使得虛擬儀器建立在一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)基礎(chǔ)之上，這個(gè)基礎(chǔ)與在處理器、總線等方面的高額投資成比例關(guān)系。 總而言之，隨著革新要求軟件利用加速新的觀念和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，它也要求儀器迅速適應(yīng)新功能。由于虛擬儀器使用了軟件、模塊化I/O和商用平臺(tái)，它使得儀器格外的符合保持與當(dāng)今觀念和產(chǎn)品開(kāi)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(cè)量和控制硬件功能。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(cè)量和控制硬件結(jié)合到一起，因此工程師和科學(xué)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(xué)家縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，設(shè)計(jì)出了更高質(zhì)量的產(chǎn)品并且減少了設(shè)計(jì)成本。
虛擬儀器結(jié)合了高效的軟件、模塊化I/O和可擴(kuò)展的平臺(tái) 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(xué)家測(cè)量身邊的世界和使之自動(dòng)化的方式。2004年，NI在90個(gè)國(guó)家銷(xiāo)售了超過(guò)6百萬(wàn)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(jì)的工業(yè)應(yīng)用中使用，從汽車(chē)到消費(fèi)電子，再到石油和燃?xì)狻?/p>
為什么虛擬儀器技術(shù)如此成功?
虛擬儀器技術(shù)通過(guò)提供一種建立測(cè)量和自動(dòng)系統(tǒng)的嶄新模型而得到主流的采用。它成功的關(guān)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(dǎo)體)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)去的20年間增長(zhǎng)了10,000多倍。通過(guò)使用每個(gè)新一代的PC 處理器、顯示和I/O總線分析測(cè)量和解決新的應(yīng)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(xué)校更早地開(kāi)始專業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)知識(shí)的普及這一普遍趨勢(shì)，都促成了基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器的成功應(yīng)用。
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(gè)驅(qū)動(dòng)器是高性能、低成本的模擬—數(shù)字(ADC)和數(shù)字—模擬(DAC)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展。諸如無(wú)線通信和高清晰度視頻的應(yīng)用不斷地影響著這些技術(shù)。當(dāng)傳統(tǒng)專有轉(zhuǎn)換技術(shù)趨于緩慢發(fā)展時(shí)，商用半導(dǎo)體技術(shù)卻趨于遵從摩爾定律——每18個(gè)月性能翻一番。虛擬儀器硬件使用廣泛可得的半導(dǎo)體來(lái)提供高性能的測(cè)量前沿產(chǎn)品。 *后，提供了設(shè)計(jì)自定義儀器系統(tǒng)直觀界面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)一步促進(jìn)了虛擬儀器的發(fā)展。LabVIEW正是這類軟件的一個(gè)例子。LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了編程語(yǔ)言的性能和靈活性，以及專為測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用設(shè)計(jì)的高層功能和配置功能。
什么使得NI在虛擬儀器領(lǐng)域處于**地位?
簡(jiǎn)而言之，答案是軟件。軟件使得工程師和科學(xué)家能夠創(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*好的虛擬儀器軟件平臺(tái)之一——LabVIEW。LabVIEW是一個(gè)強(qiáng)大的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，用于信號(hào)采集、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示，無(wú)需傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性就給予了編程語(yǔ)言的靈活性。自1986年NI引入適用Macintosh操作系統(tǒng)的LabVIEW以來(lái)，它就迅速且始終如一地吸引那些尋求一種高效且強(qiáng)大的編程語(yǔ)言來(lái)用于測(cè)試、控制和設(shè)計(jì)應(yīng)用的工程師和科學(xué)家。今天，LabVIEW是數(shù)以千計(jì)的工程師和科學(xué)家**的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境。 對(duì)于那些偏愛(ài)基于文本編程的工程師，NI也提供了針對(duì)ANSI C和LabWindows/CVI的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及使用Visual Studio .NET和Measurement Studio進(jìn)行虛擬儀器開(kāi)發(fā)的工具。
LabVIEW是用于基于PC數(shù)據(jù)采集和儀器控制領(lǐng)域的**應(yīng)用軟件 雖然軟件是每個(gè)虛擬儀器的核心，然而幾乎所有的虛擬儀器都需要測(cè)量硬件**地取得測(cè)量結(jié)果。由于獨(dú)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(cè)量硬件的結(jié)合。NI的軟件，包括LabVIEW，提供了與來(lái)自上千家第三方硬件廠商數(shù)以萬(wàn)計(jì)產(chǎn)品的開(kāi)放式連接，如傳感器、攝像機(jī)、執(zhí)行器、傳統(tǒng)儀器和插入式設(shè)備(USB、PCI等)。 2004年，NI測(cè)量硬件提供給客戶超過(guò)6,000,000套虛擬儀器測(cè)量設(shè)備。從低成本的USB數(shù)據(jù)采集到圖像采集和過(guò)程控制視覺(jué)系統(tǒng)，再到2.7GHz的RF測(cè)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(cè)量硬件和可擴(kuò)展的硬件平臺(tái)。
什么使得NI區(qū)別于其他虛擬儀器公司?
25年來(lái)，NI一直是虛擬儀器領(lǐng)域的***。這種領(lǐng)導(dǎo)力通過(guò)持續(xù)且一貫的**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(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW，它吸引了數(shù)以千計(jì)的工程師和科學(xué)家建立虛擬儀器。通過(guò)理解客戶項(xiàng)目開(kāi)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(shí)時(shí)模塊和LabVIEW PDA模塊，以及NI SignalExpress： 1. Express 技術(shù) 2003年，NI為L(zhǎng)abVIEW、LabWindow/CVI和Measurement Studio創(chuàng)建了Express技術(shù)，在保留強(qiáng)大的功能的同時(shí)減少代碼復(fù)雜性。今天，超過(guò)50%的數(shù)據(jù)采集客戶使用DAQ 助手來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)采集任務(wù)。 2. LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和 LabVIEW PDA模塊 NI為使用LabVIEW實(shí)時(shí)模塊完成確定性執(zhí)行擴(kuò)展了LabVIEW，并且開(kāi)發(fā)了與之匹配的硬件平臺(tái)使得嵌入式應(yīng)用程序運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)。LabVIEW PDA模塊將虛擬儀器和LabVIEW平臺(tái)擴(kuò)展至手持設(shè)備。 3. NI SignalExpress 設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師要求NI提供虛擬儀器軟件來(lái)交互式測(cè)量和分析數(shù)據(jù)。作為回應(yīng)，NI創(chuàng)建了SignalExpress——一個(gè)拖放且無(wú)需編程的**環(huán)境用來(lái)經(jīng)進(jìn)行試探性測(cè)量。 除了強(qiáng)大的軟件優(yōu)勢(shì)，NI是眾多虛擬儀器公司中提供了*為廣泛和**性的I/O選擇。為了幫助工程師和科學(xué)家滿足不斷激增的需求，NI不斷地發(fā)布產(chǎn)品以進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)品的寬度。一些*近的硬件革新例子包括NI USB DAQ設(shè)備，NI M系列DAQ設(shè)備和NI CompactRIO： 1. USB DAQ 設(shè)備 在*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(lái)購(gòu)買(mǎi)多功能的USB DAQ設(shè)備。在那個(gè)月，NI發(fā)布了NI USB-6008，價(jià)格定為 $145US(這是多功能DAQ設(shè)備*新的低價(jià)點(diǎn))。 2. M 系列DAQ設(shè)備 NI在2004年后期發(fā)布M系列DAQ設(shè)備產(chǎn)品線之時(shí)確立了在插入式數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。**個(gè)18位的PCI設(shè)備，**個(gè)具有*高吞吐量達(dá)六個(gè)DMA通道的PCI數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及即將得到**的設(shè)備校準(zhǔn)方案等等這些都只是這個(gè)設(shè)備系列與眾不同的特性中的一小部分。 3. NI CompactRIO 可配置的控制和I/O NI I/O產(chǎn)品中*有**性的新增功能之一就是CompactRIO。通過(guò)一個(gè)位于I/O平臺(tái)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(fù)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(xué)家和許多工業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人士。從測(cè)試DVD錄像機(jī)導(dǎo)研究先進(jìn)的醫(yī)藥，他們都使用NI的軟件和硬件以開(kāi)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(wù)。 這里是一些客戶如何使用NI虛擬儀器產(chǎn)品的例子： 1. AP Racing——建立Formula 1測(cè)徑器和剎車(chē)測(cè)試測(cè)力計(jì) 30多年來(lái)，AP Racing一直是世界上剎車(chē)測(cè)徑器和賽車(chē)離合器技術(shù)及生產(chǎn)方面的***。AP Racing認(rèn)為使用一個(gè)新的特殊的測(cè)力計(jì)可以帶來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)，而且使用NI的DAQ設(shè)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(chǎng)中革新。 2. Lexmark——墨盒電氣性能測(cè)試 Lexmark International公司的Ed Coleman說(shuō)：“隨著使用基于PC的模塊化儀器和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件來(lái)以*少的開(kāi)發(fā)時(shí)間繼續(xù)改善我們的測(cè)試系統(tǒng)從而滿足*新的要求，并且升級(jí)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(shí)以*小的開(kāi)發(fā)費(fèi)用提高了我們的測(cè)試性能。 3. Texas Instruments——RF和無(wú)線組件特性測(cè)試 德州儀器(TI)擁有將近40億美元的收益，是**的無(wú)線IC提供者之一。為了簡(jiǎn)化特性測(cè)試過(guò)程，TI創(chuàng)建了由NI TestStand和LabVIEW驅(qū)使的測(cè)試開(kāi)發(fā)、管理和自動(dòng)化軟件。通過(guò)使用NI產(chǎn)品，TI擴(kuò)大了市場(chǎng)同時(shí)沒(méi)有損失質(zhì)量和資源。 4. Drivven——摩托車(chē)引擎控制單元(ECU)原型設(shè)計(jì) 在過(guò)去的項(xiàng)目中，Drivven至少要花費(fèi)2人-年(man-year)和$500,000來(lái)使用自定義的硬件開(kāi)發(fā)ECU原型。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，設(shè)備成本(包括摩托車(chē)和CompactRIO)總計(jì)$15,000，而且開(kāi)發(fā)時(shí)間只花費(fèi)了將近3人-月(man-month)。基于FPGA的可重復(fù)配置的硬件、CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊提供了可靠性和**的定時(shí)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(dòng)。
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。
傳統(tǒng)儀器(左圖)和基于軟件的虛擬儀器(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(gè)虛擬儀器都由兩部分組成——軟件和硬件。對(duì)于當(dāng)前的測(cè)量任務(wù)，虛擬儀器的標(biāo)價(jià)與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無(wú)幾，甚至比它少許多倍。然而，由于虛擬儀器在測(cè)量任務(wù)改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著時(shí)間的流逝，節(jié)省的成本不斷累計(jì)。 通過(guò)不使用廠商定義的、預(yù)封裝好的軟件和硬件，工程師和科學(xué)家獲得了*大的用戶定義的靈活性。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測(cè)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(jià)的。而虛擬儀器則是提供完成測(cè)量或控制任務(wù)所需的所有軟件和硬件。此外，利用虛擬儀器，工程師和科學(xué)家可以使用高效且強(qiáng)大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲(chǔ)、共享和顯示功能。 這里是實(shí)際中顯現(xiàn)靈活性的一些例子： 1. 一個(gè)應(yīng)用程序，不同的設(shè)備 考慮這樣一個(gè)特殊的例子，一位工程師正在實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式計(jì)算機(jī)PCI總線上使用LabVIEW和M系列DAQ設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，以創(chuàng)建一個(gè)直流(DC)電壓和溫度測(cè)量應(yīng)用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個(gè)生產(chǎn)層PXI系統(tǒng)上配置應(yīng)用程序以完成新產(chǎn)品的測(cè)試?；蛘撸赡苄枰獞?yīng)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，他都可以僅在一個(gè)程序中使用虛擬儀器而無(wú)需改變代碼。
在許多設(shè)備使用同樣的應(yīng)用程序之時(shí)升級(jí)硬件十分輕松 1. 許多應(yīng)用程序，一個(gè)設(shè)備 考慮另外一個(gè)工程師，她剛剛完成了一個(gè)利用*新的M系列DAQ設(shè)備和積分編碼器測(cè)量電機(jī)位置的項(xiàng)目。他她的下一個(gè)項(xiàng)目是監(jiān)視和記錄這個(gè)電機(jī)的功率。即使任務(wù)完全不同她也可以重用同樣的M系列DAQ 設(shè)備。她他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)出新的應(yīng)用程序。此外，如果需要的話，項(xiàng)目既可以與一個(gè)單一的應(yīng)用程序結(jié)合也可以運(yùn)行在一個(gè)單一的M系列DAQ設(shè)備。
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(shí)際虛擬儀器軟件和硬件設(shè)備加速的策略。NI致力于適應(yīng)或使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx以及其他公司的高投入技術(shù)。NI使用Microsoft在操作系統(tǒng)(OS)和開(kāi)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(duì)它數(shù)字化，就可以對(duì)它進(jìn)行測(cè)量。因此，測(cè)量硬件可在兩個(gè)坐標(biāo)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(cè)量性能與傳統(tǒng)儀器的比較。NI的目標(biāo)就是將曲線在頻率和分辨率上延伸并且在曲線內(nèi)進(jìn)行**。
虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎?許多工程師和科學(xué)家都在實(shí)驗(yàn)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(cè)量，即工程師和科學(xué)家寧愿廠商定義而不愿自定義的測(cè)量。這就引出了一個(gè)問(wèn)題，“虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎?” 虛擬儀器無(wú)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(kù)，例如GPIB、串行總線和以太網(wǎng)。 除了提供庫(kù)之外，200多家儀器廠商向NI儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)提供了4000余種的儀器驅(qū)動(dòng)。儀器驅(qū)動(dòng)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(gè)儀器驅(qū)動(dòng)都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計(jì)，從而為它獨(dú)特的性能提供接口。
虛擬儀器和綜合性儀器的區(qū)別是什么?
自動(dòng)測(cè)試工業(yè)里一個(gè)基本的趨勢(shì)就是向基于軟件的測(cè)試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變。例如，美國(guó)國(guó)防部(DoD)是世界上*大的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)客戶之一。為了減少測(cè)試系統(tǒng)的成本并提高重用率，DoD通過(guò)**的NxTest計(jì)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(fù)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(lái)**ATE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的重大發(fā)展，并且反映出可重復(fù)配置的軟件處于將來(lái)系統(tǒng)核心地位這一基本轉(zhuǎn)變。基于軟件測(cè)試系統(tǒng)的成功應(yīng)用，例如綜合性儀器，需要對(duì)硬件平臺(tái)和市場(chǎng)上軟件工具的理解，以及對(duì)系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)和儀器級(jí)體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。 綜合性儀器執(zhí)行團(tuán)體將綜合性儀器定義為“一個(gè)可重復(fù)配置的系統(tǒng)，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(hào)或者使用數(shù)值處理技術(shù)進(jìn)行測(cè)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(tǒng)，其中基于用戶需要的軟件定義了通用測(cè)量硬件的功能”。兩種定義享有共同的性質(zhì)，即運(yùn)行于商用硬件之上的可自定義軟件的儀器。通過(guò)將測(cè)量功能轉(zhuǎn)向用戶可接觸并可重復(fù)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(fù)配置功能的系統(tǒng)中受益，而且這些系統(tǒng)反過(guò)來(lái)又提高了性能同時(shí)減少了成本。
虛擬儀器應(yīng)用領(lǐng)域
虛擬儀器技術(shù)在過(guò)去的25年里是如何發(fā)展的?
虛擬儀器技術(shù)一直在測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域廣泛使用。而且，通過(guò)不斷的LabVIEW革新和數(shù)以百計(jì)的測(cè)量硬件設(shè)備，虛擬儀器技術(shù)逐漸擴(kuò)大了它所觸及的應(yīng)用范圍。今天，NI率先將這一技術(shù)擴(kuò)展到控制和設(shè)計(jì)部分。曾促進(jìn)了測(cè)試發(fā)展的益處正開(kāi)始加速控制和設(shè)計(jì)的發(fā)展。工程師和科學(xué)家不斷提高對(duì)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(dòng)力。 近來(lái)NI 加速測(cè)試、控制和設(shè)計(jì)**的一個(gè)例子就是使用LabVIEW FPGA進(jìn)行編程的基于FPGA的硬件。如果工程師需要一個(gè)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(yīng)用在板載的FPGA上。工程師和科學(xué)家一直可以通過(guò)使用LabVIEW和模塊化I/O來(lái)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(kuò)展至硬件本身。這種用戶可配置能力和透明度將會(huì)改變工程師建立測(cè)試系統(tǒng)的方式。
虛擬儀器給自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用帶來(lái)的益處是什么?
測(cè)試一直是虛擬儀器長(zhǎng)期應(yīng)用的領(lǐng)域。超過(guò)25,000家公司(大部分是測(cè)試和測(cè)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(dá)200MS/s數(shù)字化性能的產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟擁有60多個(gè)成員，提供了數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品，而且數(shù)以萬(wàn)計(jì)的R&D、驗(yàn)證和產(chǎn)品測(cè)試工程師和科學(xué)家正在使用成千上萬(wàn)的儀器驅(qū)動(dòng)。 而且，現(xiàn)在對(duì)于測(cè)試的需要越來(lái)越大。隨著**的步伐越來(lái)越快，希望新的不同的產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場(chǎng)的壓力越來(lái)越大。消費(fèi)者的期望在不斷的增加。以電子市場(chǎng)為例，消費(fèi)者要求不同的功能可以更低的成本在一個(gè)更小的空間得到集成。近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的低迷并沒(méi)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(gè)因素——能夠快速、一貫并且*可靠地滿足這些需要的公司一定能在競(jìng)爭(zhēng)中占有決定性的優(yōu)勢(shì)。 所有這些條件都驅(qū)使新的驗(yàn)證、檢驗(yàn)和生產(chǎn)測(cè)試需要。一個(gè)能與**保持同步的測(cè)試平臺(tái)不是或有或無(wú)的，而是必需的。這個(gè)平臺(tái)必須包含具有足夠適應(yīng)能力的快速測(cè)試開(kāi)發(fā)工具以在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)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(cè)試。為了測(cè)試消費(fèi)者所要求的復(fù)雜多功能產(chǎn)品需要**的同步測(cè)量能力，而且隨著公司不斷地結(jié)合**以提供不同的產(chǎn)品，測(cè)試系統(tǒng)必須快速地調(diào)整以測(cè)試這些新特性。
虛擬儀器是對(duì)這些挑戰(zhàn)的一種革新性解決方案。它將快速軟件開(kāi)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(cè)試系統(tǒng)。虛擬儀器提供了：
用于快速測(cè)試開(kāi)發(fā)的直觀軟件工具
基于**商用技術(shù)的快速、**的模塊化I/O
· 具有集成同步功能的基于PC的平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)高**度和高吞吐量
虛擬儀器技術(shù)如何應(yīng)用于控制和工業(yè)應(yīng)用?
PC和PLC在控制和工業(yè)應(yīng)用中都發(fā)揮著十分重要的作用。PC帶來(lái)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(lái)越復(fù)雜，加速性能并同時(shí)保持穩(wěn)定性和可靠性就成為公認(rèn)的需要。 獨(dú)立的工業(yè)專家已經(jīng)意識(shí)到了對(duì)工具的需要，這種工具應(yīng)該能夠滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)更加復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)和基于算法控制的需要。PAC正是工業(yè)的需求也是虛擬儀器的回答。 一個(gè)獨(dú)立的研究公司定義了可編程自動(dòng)控制器(PAC)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。ARC研究機(jī)構(gòu)的Craig Resnick將PAC定義成： 1. 多領(lǐng)域功能(邏輯、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和過(guò)程)——這個(gè)概念支持多種I/O類型。邏輯、運(yùn)動(dòng)和其他功能的集成是不斷增長(zhǎng)的負(fù)責(zé)控制方法的要求。 2. 單一的多學(xué)科開(kāi)發(fā)平臺(tái)——單一的開(kāi)發(fā)環(huán)境必須能支持各種I/O和控制方案 3. 用于設(shè)計(jì)貫穿多個(gè)機(jī)器或處理單元的應(yīng)用程序的軟件工具——這個(gè)軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作。 4. 一組de facto網(wǎng)絡(luò)和語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)——這個(gè)技術(shù)必須利用高投入技術(shù)。 5. 開(kāi)放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)——設(shè)計(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范必須是在實(shí)現(xiàn)中開(kāi)放的、模塊化的和可結(jié)合的。 PAC給PC軟件的靈活性增添了PLC的穩(wěn)定性和可靠性。LabVIEW軟件和穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的控制硬件平臺(tái)對(duì)于創(chuàng)建PAC是十分**的。
虛擬儀器技術(shù)給設(shè)計(jì)帶來(lái)的益處是什么?
使用各種軟件設(shè)計(jì)工具的設(shè)計(jì)工程師必須使用硬件來(lái)測(cè)試原型。通常，在設(shè)計(jì)階段和測(cè)試/驗(yàn)證階段之間沒(méi)有一個(gè)良好的接口，這就意味著設(shè)計(jì)必須經(jīng)歷一個(gè)完成階段而后進(jìn)入測(cè)試/驗(yàn)證階段。測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題需要不斷反復(fù)設(shè)計(jì)階段。
事實(shí)上，開(kāi)發(fā)過(guò)程有兩個(gè)完全不同且分離的階段——設(shè)計(jì)和測(cè)試是兩個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。在設(shè)計(jì)方面，EDA工具廠商承受著巨大的壓力與不斷增長(zhǎng)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)集團(tuán)復(fù)雜要求相互作用。工程師和科學(xué)家要求隨著產(chǎn)品從原理圖設(shè)計(jì)到仿真再到物理層，EDA應(yīng)具有從一個(gè)工具到其他的工具可重復(fù)使用設(shè)計(jì)的能力。相似地，測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)正朝模塊化方式發(fā)展。這兩個(gè)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(shè)計(jì)階段才**次引起注意。傳統(tǒng)上，這一階段是產(chǎn)品設(shè)計(jì)者使用臺(tái)式儀器將物理原型與他們的設(shè)計(jì)對(duì)照，進(jìn)行完整性檢查以獲得正確性。設(shè)計(jì)者手工地進(jìn)行測(cè)量，在他們的儀器上探測(cè)電路并監(jiān)測(cè)信號(hào)以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或性能局限。隨著設(shè)計(jì)反復(fù)地經(jīng)歷建立-測(cè)量-調(diào)整-重建立這個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)者再次需要同樣的測(cè)量。此外，這些測(cè)量可能十分復(fù)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(dòng)。由于工程師注重于設(shè)計(jì)工具，所以他們不愿意學(xué)習(xí)如何將他們的測(cè)試自動(dòng)化。 具有內(nèi)在集成屬性的系統(tǒng)容易擴(kuò)展并且能適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)品功能。一旦需要新的測(cè)試，工程師只需要簡(jiǎn)單地給平臺(tái)添加新的模塊以完成測(cè)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(kāi)發(fā)周期的必需。
虛擬儀器軟件問(wèn)題
為什么軟件對(duì)于虛擬儀器如此重要?
每一個(gè)虛擬儀器都建立在靈活和強(qiáng)大的軟件之上，這是通過(guò)具有**精神的工程師或科學(xué)家應(yīng)用所在領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)來(lái)自定義測(cè)量和控制應(yīng)用來(lái)實(shí)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(yīng)用軟件層。這是為建立一個(gè)應(yīng)用所需的首要開(kāi)發(fā)環(huán)境。它所包含的軟件諸如LabVIEW、NI LabWindows/CVI(ANSI C)和NI Measurement Studio(Visual Studio 編程語(yǔ)言)。在此之上是測(cè)試執(zhí)行層，一個(gè)集成了應(yīng)用程序?qū)娱_(kāi)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(duì)于維持軟件開(kāi)發(fā)效率卻十分重要。測(cè)量和控制服務(wù)層包括與所有硬件通信的驅(qū)動(dòng)。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(dòng)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。
什么使得LabVIEW對(duì)于虛擬儀器如此**?
LabVIEW是虛擬儀器的重要部分因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)易于使用的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，專門(mén)為工程師和科學(xué)家而設(shè)計(jì)。LabVIEW提供了許多強(qiáng)大的特性使得它與廣泛的硬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(kāi)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(yīng)用程序功能。 LabVIEW提供的眾多強(qiáng)大特性之一就是圖形化編程環(huán)境。利用LabVIEW，工程師和科學(xué)家可以通過(guò)在計(jì)算機(jī)屏幕上創(chuàng)建一個(gè)圖形化的用戶界面設(shè)計(jì)自定義的虛擬儀器。通過(guò)計(jì)算機(jī)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(pán)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(cè)試面板或者可視化地表示過(guò)程控制和操作。
通過(guò)連接圖標(biāo)來(lái)創(chuàng)建方塊圖(對(duì)于工程師和科學(xué)家來(lái)說(shuō)是自然設(shè)計(jì)符號(hào))即可決定虛擬儀器的行為。利用圖形化編程，工程師和科學(xué)家可以比通常的編程語(yǔ)言更快地開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，同時(shí)保持了創(chuàng)建各種應(yīng)用程序所需的靈活性。LabVIEW是一個(gè)開(kāi)放式環(huán)境，它包含了即時(shí)使用的庫(kù)，從串行總線、以太網(wǎng)和GPIB通信到運(yùn)動(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集和圖像采集。
虛擬儀器是如何利用*新的軟件趨勢(shì)?
(still waiting from content from Nicole McGarry) 在如下HW問(wèn)題之后建模 · Longhorn操作系統(tǒng) · Visual Studio .NET語(yǔ)言 · 其他
什么是測(cè)量服務(wù)軟件?
測(cè)量服務(wù)軟件相當(dāng)于I/O驅(qū)動(dòng)軟件層。然而，它不僅僅是一個(gè)驅(qū)動(dòng)。雖然經(jīng)常被忽視，但是它是快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序所需的*重要元素之一。這一軟件將虛擬儀器軟件與用于測(cè)量和控制的硬件向連接。它包括直觀的應(yīng)用程序編程界面、儀器驅(qū)動(dòng)、配置工具、快速I(mǎi)/O助手和其他包含在NI硬件產(chǎn)品之中的軟件。NI測(cè)量服務(wù)軟件提供了與NI硬件和NI應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境的優(yōu)化結(jié)合。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
