1.1 虚拟仪器简介

1.1.1 虚拟仪器的产生

测量仪器发展至今，大体可分为四个阶段：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。

模拟仪器：这类仪器是以电磁感应基本定律为基础的指针仪器仪表。基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果，如指针式万用表、三级管电压表等。这类仪器在某些实验室仍能看到。

数字化仪器：这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。

智能仪器：这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理功能。智能仪器的功能模块全部都是以硬件和固化的软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

虚拟仪器：是现代计算机软、硬件技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。

虚拟仪器技术是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一种构成仪器系统的新概念，其基本思想是：用计算机资源取代传统仪器中的输入、处理和输出等部分，实现仪器硬件核心部分的模块化和最小化；用计算机软件和仪器软面板实现仪器的测量和控制功能。

虚拟仪器技术的出现和发展是与计算机技术的不断发展分不开的。一方面，计算机技术的进步为新型的测控仪器产生提供了现实基础，主要表现在：

● 微处理器和DSP（Digital Signal Processing）技术的快速进步及其性价比不断上升，大大改变了传统电子行业的设计思想和观念，原来许多由硬件完成的功能今天能够依靠软件实现；

● 面向对象技术、可视化程序开发语言在软件领域为开发更多的易于使用、功能强大的软件提供了可能。

另一方面，传统的测量仪器越来越满足不了科技进步的要求，主要表现在：

● 现代测量要求仪器不仅仅能单独测量某个量，而且更希望它们之间能够互相通信，实现信息共享，从而完成对被测系统的综合分析、评估，得出准确判断，传统仪器在这方面显然存在严重的不足；

● 对于复杂的被测系统，面对各个厂家的不同测试设备，使用者需要的知识很多，这样的仪器不仅使用频率和利用率低，而且硬件存在冗余。

鉴于上述原因，基于计算机的测试仪器逐渐变得现实，并且随着计算机软、硬件技术不断创新而不断发展。

虚拟仪器的发展大致可分为三个阶段：

第一阶段是利用计算机来增强传统仪器的功能。通用接口总线GPIB标准的确立，使计算机与外部仪器通信成为可能，因此把传统的仪器通过串口和计算机连接起来后就可以用计算机控制仪器。

第二阶段主要在功能硬件上实现了两大技术进步：其一是插入计算机总线槽上的数据采集卡的出现；其二是VXI仪器总线标准的确立，这些新技术的应用奠定了虚拟仪器硬件的基础。

第三阶段形成了虚拟仪器体系结构的基本框架，主要是由于采用面向对象的编程技术构筑了几种虚拟仪器的软件平台，并逐渐成为标准的软件开发工具。

由于虚拟仪器技术的飞速发展，这三个发展阶段几乎是同步进行的。