更新時間：2025-06-11 07:09:25
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傳統(tǒng)的真人臉儀主要由三個功能塊組成：信號采集與控制單元、信號分析與處理單元、結(jié)果表達與對象輸出單元。因為這些功能塊基本上都是以硬件或者固化軟件的形式存在。產(chǎn)品已在出廠時設(shè)置。因此，傳統(tǒng)儀器設(shè)計復雜，靈活性差。沒有獨立使用和手動操作模式，功能僅限于簡單模仿手動操作的步驟。不方便。
隨著計算機技術(shù)、集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。美國國家儀器公司于20世紀80年代中期首次提出基于計算機技術(shù)的虛擬儀器概念，將虛擬側(cè)測技術(shù)帶入了一個新的發(fā)展時期。隨后，它開發(fā)并推出了多種用于儀器總線系統(tǒng)的虛擬儀器VI（Virtual Instrumentation）。
1.1.1 虛擬儀器的概念
虛擬儀器vi是計算機技術(shù)介入儀器鎖城而形成的一種新型儀器。它建立在以通用計算機為核心的硬件平臺上。它由用戶設(shè)計和定義。有虛擬操作面板，側(cè)測功能由用戶控制。一種由測試軟件實現(xiàn)的計算機儀器系統(tǒng)。在虛擬儀器中，以計算機為核心，將計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)有機地結(jié)合成一個整體，使儀器的結(jié)構(gòu)理念和設(shè)計觀點發(fā)生了翻天覆地的變化。
49. 虛擬儀器從組成的角度來看，就是利用計算機設(shè)備和相應的硬件及專用軟件，組成一種既具有普通儀器的四大功能，又具有特殊功能的新型高端低成本儀器。普通儀器所沒有的功能。
從應用的角度來看，仿真儀利用了計算機強大的圖形環(huán)境。建立了友好的虛擬儀表板（前面板）。操作者通過友好的圖形界面和圖形化的編程語言控制儀器的運行，完成信號的采集、分析、判斷、顯示、存儲和數(shù)據(jù)生成。圖1 顯示了使用LabVIEW 設(shè)計的虛擬直流數(shù)字電壓表的前面板。
1.1.2 虛擬儀器的發(fā)展、特點及優(yōu)勢
隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應用，電子測量下的肝庫狗存貯量。
定量儀器不斷完善。數(shù)字儀表、智能儀表、模擬儀表依次出現(xiàn)。同時也從單一的儀器逐漸發(fā)展到盛嘉儀器系統(tǒng)、虛擬儀器系統(tǒng)等。
虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和應用是基于宇果NI公司于1986年設(shè)計的LabVIEW，這是一個集圖形開發(fā)、調(diào)試和程序于一體的集成開發(fā)環(huán)境。實現(xiàn)了虛擬易書的概念。 NI還提出了“軟件即儀器”（The software is the instrument）的概念，充分說明軟件在虛擬儀器中的作用是極其困難的。它的出現(xiàn)使用戶能夠定義自己的儀器，靈活設(shè)計儀器系統(tǒng)，滿足多樣化的實際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺和硬件的發(fā)展，縮短了大陸基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低了成本，提高了測試速度、精度和復用性，更易于維護和擴展.
1997年，NI推出了新的儀器總線標準——PXI總線標準。 PXI總線方式是在PCI通用慣例的核心技術(shù)基礎(chǔ)上加入成熟的技術(shù)規(guī)范和要求，加入多板同步觸發(fā)總線的參考時鐘，適用于需要精確定時的星型觸發(fā)總線，從而用于相鄰模塊的高速通信的本地總線。
1998年，一批生產(chǎn)PC數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的廠商宜步成立了“開放數(shù)據(jù)采集協(xié)會.ODAA”。并公布了“開放數(shù)據(jù)采集標準.ODAS”。該標準的最終目標是使不同廠商生產(chǎn)的PC數(shù)據(jù)采集軟件和硬件具有廣泛的互換性。與WAS相關(guān)的標準之一是可互換虛擬儀器設(shè)備（Interchangeable Virtual Instruments.M）。這是在VXI即插即用技術(shù)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。無需更改軟件即可更換測試系統(tǒng)中的儀器。也就是說，IVI 示波器驅(qū)動程序是所有IVI 兼容示波器通用的，無需考慮制造商或測試平臺。
VXI儀器最近出現(xiàn)了模塊中的子模塊構(gòu)建方案。即在原有模塊引腳上安裝若干個微型化模塊，更有效地利用標定空間，進一步提高儀器構(gòu)造的靈活性。近兩年來，構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)都有了新的發(fā)展，尤其是傳感器技術(shù)、采集內(nèi)核技術(shù)、軟件平臺技術(shù)等方面發(fā)展迅速。例如，IEEE 1344-VXI 外部控制器接口具有高數(shù)據(jù)傳輸和泵浦速率（高達400 Mbits）以及低成本的優(yōu)勢。GPIB-USB 控制器還為儀器控制提供了增強的性能。
總之，虛擬儀器是一種功能更多的儀器，對傳統(tǒng)儀器的概念有很大的改變。它將代表未來儀器發(fā)展的一個重要方面。
方向。在虛擬儀器系統(tǒng)中.硬件僅僅是為了解決信號的翰入輸出問題.軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。用戶可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器僅由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是廠家)可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，以滿足多種多樣的應用需求。
與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器幾有以下特征和優(yōu)勢。
(1)打破了傳統(tǒng)儀器的“萬能”功能概念，將信號的分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中交由計算機來處理。由于充分利用計算機技術(shù)，完獸了數(shù)據(jù)的傳愉、交換等性能，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡單。
(2》強調(diào)“軟件就是儀器”的新概念.軟件在儀答中充當了以往由硬件甚至整機實現(xiàn)的角色。由于減少了許多隨時間可能深移、需要定期校準的分立式棋擬硬件，加上標準化總線的使用，使系統(tǒng)的側(cè)最精度、側(cè)量速度和可重復性都人大提高。網(wǎng)時由于虛擬儀器中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反映裝置.根據(jù)人類視覺、聽覺的心理生理特點，由計算機生成通真的三位立體圖像，使人們獲得多種感知效果.從而達到身臨其境的感覺。
(3)儀器由用戶自己定義，系統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過軟件修改、增減，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應用連接.提高了儀器的交互性。虛擬儀器通過提供給用戶自己創(chuàng)建儀器的可貢復使用翻代碼庫，處理棋塊間通信、定時、觸發(fā)等功能，強調(diào)在通用計算機平臺的撰礎(chǔ)上，通過軟件和軟面板，把由廠家定義的傳統(tǒng)儀舒轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩舳x的、由計算機軟件和幾種棋塊組成的專用儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀卷由廠家定義、用戶無法改變的摸式，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。
(4)虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化.使用戶可以將儀器的設(shè)計、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標準，提高資渾的重復利用率.使系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴展.管理規(guī)范。使用筒便，軟2硬件生產(chǎn)、維護和開發(fā)的費用降低。虛擬儀器既可以作為單臺數(shù)字式側(cè)試儀器使用，又可以構(gòu)成較為復雜的側(cè)試系統(tǒng)，甚至通過高速計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式側(cè)試系統(tǒng)，進行遠程監(jiān)控及故障診斷。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器系統(tǒng)代鉀纂于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀舒，還可以大大節(jié)省僅器購買、維護費用。
可見，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。有許多傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點，使得虛擬儀器的應用領(lǐng)城非常廣泛。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如表1-1所示。
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