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1.2 虚拟仪器技术发展状况
1.2.1 基于虚拟仪器的测试分析发展概况
对于电参数的测试，最初的测试仪器是模拟仪表，接着出现了数字式仪器，随着计算机的出现，计算机嵌入到数字仪器中又形成了基于微处理器的智能仪器。近年来，虚拟仪器的出现掀起了仪器发展史上的一场革命。它代表着仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对工业生产和科学技术的发展，将产生不可估量的影响。
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是指在计算机上加入一组特定的软件，并配置一些硬件，使其能够完成多种传统仪器的功能，从而变成一种综合了许多仪器的装置。其最显著的特点就是利用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以完全实现不同的各种测量测试仪器的功能。
图1.2.1 虚拟仪器系统框图
虚拟仪器构成如图1.2.1所示有计算机、虚拟仪器软件、硬件接口或测控仪器组成[9]，通过软件将计算机与采集系统硬件资源有机融合为一体，把计算机强大的数据处理能力和采集系统硬件的测量能力结合在一起，通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理[10~16]。目前常用的虚拟仪器系统是数据采集系统、GPIB系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。
二十世纪80年代初，由于个人计算机的广泛应用，出现了以个人计算机为基础的插卡式仪器（Personal Computer Card Instrument，简称PCCI）。它将传统的仪器与个人计算机的软硬件资源融为一体，具有较高的性价比、较强的灵活性以及菜单式操作的方便性等特点。1987年7月14日，几家仪器公司经过激烈的技术讨论后共同发布了最早的VXI总线系统规范草案。它是结合了GPIB总线易于操作及强大的测量功能的优势和VME总线系统吞吐量高并能充分发挥计算机效能的优点，衍生出的一种新的总线规范[17]。在VXI总线规范发展的同时，基于PC总线的PC机也有了迅猛的发展。其实基于PC总线的插卡仪器当时已经有超过15年的历史，为了能将PCI总线更好的应用到测试、测量及自动化领域，美国国家仪器公司（National Instruments）开发了PXI总线规范，并于1997年公布为开放的工业标准。如今VXI、PXI总线规范都是开放的工业标准，都具有模块化的结构，都是基于计算机总线的测试、测量及自动化的坚固平台，能够应用于恶劣的工业环境，但PXI总线规范较VXI总线规范与目前计算机的主流总线规范PCI更兼容，系统具有更好的集成性、更低的集成成本、更便利的扩展能力、更多的测试通道、更便利的联网性能、能强大的生命力和应用前景等优越性，因此基于PXI总线规范的测试系统是目前工业用测控装置的首选。
硬件条件完备了，接下来就要有好的软件与之配套。这些软件硬件一起构成了虚拟仪器系统。虚拟仪器的特点是：在通用的平台上，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能，是软件代替硬件，软件的硬件化。用软件代替硬件可以使系统更加灵活。目前虚拟仪器系统广泛使用的编程语言是由美国国家仪器公司推出的Labwindows/CVI和LabVIEW语言，它们是专门针对虚拟仪器系统设计的编程语言。
测量仪器的三大功能，即信号采集、数据分析和结果显示，都可以利用PC机软件系统和附加的数据采集卡组成的测量系统完成，即采用虚拟仪器完成。在计算机上插数据采集卡，用软件在屏幕上生成仪器面板，进行信号的分析与处理，以各种形式输出检测结果。总之，虚拟仪器打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，它利用计算机丰富的软硬件资源，大大突破了传统仪器在数据处理、表达、传送、显示和存储等方面的限制。
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