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虛擬儀器的誕生史

作者： 時(shí)間：2017-01-09 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
成立后的NI公司很快就設(shè)計(jì)開發(fā)出基于IEEE-488.1的硬件擴(kuò)展版。逐漸穩(wěn)步上升的銷售業(yè)績更加激發(fā)了他們的創(chuàng)新欲望，他們開始對GPIB接口進(jìn)行 新的改進(jìn)。改進(jìn)后的GPIB將接口總線的傳輸速率從1Mbytes/s提高到8Mbytes/s。并成為新的國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488-2003。

上個(gè)世紀(jì)80年代初期，NI公司憑借著GPIB總線上所獲得的巨大成功，業(yè)已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)GPIB控制器穩(wěn)定的開發(fā)商和供應(yīng)商。他們在與用戶不斷接觸的 商務(wù)活動(dòng)中敏銳的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)時(shí)所有的儀器控制程序基本上都是用BASIC語言編寫的。要求那些十分精通測試、測量的科學(xué)家和工程師使用BASIC語言來編寫 儀器控制程序，肯定不是一件十分愉快的事情。? NI公司的精英們開始設(shè)想：如果能夠創(chuàng)造、發(fā)明一種很實(shí)用、很方便的儀器控制軟件開發(fā)工具或軟件開 發(fā)平臺，必將徹底改變那些測試、測量科學(xué)家和工程技術(shù)人員對儀器控制程序設(shè)計(jì)的態(tài)度?；谶@樣的理念，他們決定研發(fā)一種這樣的產(chǎn)品，并從1983年4月開 始邁出實(shí)現(xiàn)這個(gè)偉大夢想的第一步。
經(jīng)過了三年多艱苦卓絕的不懈努力，這些天才的發(fā)明家終于實(shí)現(xiàn)了他們當(dāng)初的夢想。不僅創(chuàng)建了虛擬儀器的理念，還同時(shí)發(fā)明了一種圖形化的計(jì)算機(jī)編程語言及圖形化程序的設(shè)計(jì)方法。

1986年，NI LabVIEW 1.0（Mac版）誕生(LabVIEW的版本歷史，請參考附錄A)。

二十五年來，持續(xù)不斷地改進(jìn)，圖形化編程的方式已經(jīng)逐漸演變成為現(xiàn)在的NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的平臺。
無可置疑，NI LabVIEW的誕生的確引發(fā)了測試、測量儀器領(lǐng)域的一場革命。

1.1.2 初期虛擬儀器的理念

虛擬儀器理念的誕生之初，受當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展所限，虛擬儀器的主要應(yīng)用體現(xiàn)在儀器控制方面。常被用于構(gòu)建基于數(shù)字式儀表的大型自動(dòng)化測試系統(tǒng)。

在這樣的自動(dòng)化測試系統(tǒng)中，安置在計(jì)算機(jī)上的GPIB控制器通過GPIB接口控制和管理著多臺數(shù)字式測量儀器，并將儀器的測量數(shù)據(jù)不斷地傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì) 算機(jī)按LabVIEW圖形化程序要求對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并將分析結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。自動(dòng)化測試系統(tǒng)的基本模式參見下圖。
圖 1－5 虛擬儀器——自動(dòng)化測量系統(tǒng)

圖 1－6 上個(gè)世紀(jì)90年代前后NI的Logo
由于測量控制軟件在自動(dòng)化測量系統(tǒng)中不僅起著對GPIB總線地控制和管理作用，同時(shí)還可以對多臺儀器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行較為復(fù)雜的分析和處理。所以，當(dāng)時(shí)的虛擬儀器理念中突出強(qiáng)調(diào)軟件在自動(dòng)化測量系統(tǒng)中的作用。

當(dāng)時(shí)的宣傳口號“軟件就是儀器”幾乎隨處可見，甚至包括在早期NI的Logo中。
二十五年后的今天，虛擬儀器的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)得到了長足進(jìn)步和發(fā)展。“軟件就是儀器”的提法已經(jīng)被全新的理念逐漸所取代。
其實(shí)，虛擬儀器理念的轉(zhuǎn)變得益于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)獲得的突破性進(jìn)展。正因?yàn)槿绱?，以這些技術(shù)為依托的虛擬儀器也得到了不斷地發(fā)展，從而導(dǎo)致電子測量儀器進(jìn)入到一個(gè)創(chuàng)新的發(fā)展階段。

1.1.3 現(xiàn)代虛擬儀器的理念

上個(gè)世紀(jì)未，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)字信號處理等相應(yīng)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬儀器的構(gòu)成發(fā)生了很大的變化，從而導(dǎo)致了虛擬儀器理念也發(fā)生了根本性的改變。
現(xiàn)階段關(guān)于虛擬儀器的定義存在著許多相類似的說法：
  1. 在NI的幫助文檔中還可以看到這樣的說法：“LabVIEW程序又稱虛擬儀器，即VI。其外觀和操作均模仿現(xiàn)實(shí)儀器，如示波器和萬用表。每個(gè)VI都使用函數(shù)從用戶界面或其它渠道獲取信息輸入，然后將信息顯示或傳輸至其它文件或計(jì)算機(jī)。”
  2. 在 清華大學(xué)出版社2008年出版的《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》［4］一書中第3.1節(jié)中也談到：目前對于虛擬儀器的概念還沒有統(tǒng)一定義。書中還提到NI公司認(rèn) 為：虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是一種計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。

依據(jù)當(dāng)前虛擬儀器的發(fā)展?fàn)顩r，我們認(rèn)為基本上可以這樣來表述：虛擬儀器——基于計(jì)算機(jī)的測試測量和自動(dòng)化儀器（系統(tǒng)）。
這樣的表述是基于下面的觀點(diǎn)：
  • 虛擬儀器所表述的內(nèi)容
從虛擬儀器表述的內(nèi)容來看，它應(yīng)該所指是：電子測量儀器中的某一個(gè)儀器種類，并非指某種特定的儀器。事實(shí)上，它被用來區(qū)分傳統(tǒng)儀器。無論虛擬儀器還是傳統(tǒng)儀器，二者所表達(dá)的概念是相同的，都是用來表示基本構(gòu)成不同的某類測量儀器。

  • 虛擬儀器的測量特性
無論傳統(tǒng)儀器還是虛擬儀器其本質(zhì)區(qū)別就是基本構(gòu)成不同。從測量的角度來分析：對于同一個(gè)被測量，具有相同功能的測量儀器，無論是傳統(tǒng)儀器還是虛擬儀器它的測量結(jié)果都應(yīng)該是一致的。所以無論虛擬儀器還是傳統(tǒng)儀器，我們在評價(jià)其測量特性時(shí)，會依據(jù)相同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

  • 基于計(jì)算機(jī)的測試測量本身已包含軟件和硬件
因 為基于計(jì)算機(jī)的測試測量本身就包含了軟件和硬件部分，所以就不必特意強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”或者特殊強(qiáng)調(diào)“硬件模塊”的作用。正是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了測試測 量。所以傳統(tǒng)儀器前面板上的許多硬件都可以通過軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。比如像傳統(tǒng)儀器前面板上的按鍵、開關(guān)、圖形指示器、旋鈕等等。這種方式必定會大大降低測量 儀器的成本，并提高了儀器的使用壽命，同時(shí)大大提高了設(shè)計(jì)開發(fā)效率。

綜上所述，虛擬儀器是與傳統(tǒng)儀器是基本構(gòu)成不一樣的同一類測量儀器，是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)物。
圖 1－7 傳統(tǒng)儀器（上）與虛擬儀器（下）的面板
依據(jù)虛擬儀器的理念，它是如何與計(jì)算機(jī)結(jié)合的，它又包含那些組成部分呢？
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