1.1 虚拟仪器技术的起源与发展
首先，我们先来回顾一下虚拟仪器技术的发展历史。谈到虚拟仪器这门技术的产生，应该将思绪拉回到20世纪50年代，看看当时的世界已具备了怎样的科学技术基础，同时，也回顾一下当时出现了怎样的需求，从而才诞生了虚拟仪器技术。
20世纪50年代初期，数字技术的出现使仪器仪表技术取得了重大突破，各种数字化仪器仪表应运而生。相比于之前的模拟式仪器仪表，数字化仪器仪表的测量准确度、分辨率和测量速度等分别提高了几个数量级，为实现测量、测试的自动化打下了良好基础。
虚拟仪器技术最大的特点是基于计算机的仪器。鉴于此，有必要简单回顾一下计算机技术的发展历程。第一台电子计算机诞生于1946年。截至目前，计算机技术的发展经历了4个阶段。第1代计算机：电子管数字机（1946—1958年），特点是体积大、功耗高、可靠性差、计算速度慢、价格昂贵。第2代计算机：晶体管数字机（1958—1964年），特点是，相比于第1代体积缩小、功耗降低、可靠性和运算速度提高。第3代计算机：集成电路数字机（1964—1970年），特点是速度更快，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。第4代计算机：大规模机（1970年至今），应用领域从科学计算、事务管理、过程控制，逐步走向整个社会发展和人们生活的每一个角落[1]。
从计算机技术的发展历程可以看出，20世纪70年代，个人计算机（PC）已经出现并逐渐走进家庭。在PC出现之前，工程师使用传统仪器进行数据采集和处理，但这些仪器昂贵且功能较为单一；或者工程师使用手工进行数据的采集、分析与处理。随着PC的出现，工程师和科学工作者开始寻找使用成本低并且通用的计算机来控制仪器，从而实现对数据的分析、计算和处理[2]。而想实现利用计算机控制仪器，应从软件和硬件两方面去展开研发。
首先，在软件方面，截止到1983年，仪器控制程序都是使用BASIC语言开发的，对使用人员编程能力要求高，工作繁重且单调乏味。美国国家仪器公司（National Instrument公司，简称NI公司）的创始人Jim Truchard、Jeff Kodosky和Jack MacCrisken注意到这一需求，便着手开发一种新的软件工具——可以帮助工程师快速地开发满足自己需求的仪器应用程序，使工程师可以从繁杂的底层代码编写中解脱出来。NI公司将这种新的软件工具命名为LabVIEW，并于1986年推出了它的第一个版本LabVIEW 1.0[2]。与常规的文本编程语言不同，LabVIEW是一种图形化编程语言，是专门为工程师开发设计的，专业性强，使用它可以大大节省程序开发时间。
随后，NI公司对LabVIEW的编辑器、图形显示及其他细节进行了重大改进，在1990年1月发布了LabVIEW 2.0。1996年4月LabVIEW 4.0问世，实现了应用程序编制器（LabVIEW Application Builder）的单独执行，并向数据采集DAQ通道方向进行了延伸。1999年6月，NI公司发布了LabVIEW RT版（实时应用程序）。2000年6月，LabVIEW 6发布。LabVIEW 6拥有新的用户界面特征（如3D形式显示）、扩展功能及各层内存优化，另外，还具有一项重要的功能是强大的VI服务器。2003年5月发布的LabVIEW 7 Express，引入了波形数据类型和一些交互性更强、基于配置的函数，在很大程度上简化了测量和自动化应用任务的开发，并对LabVIEW使用范围进行扩充，实现了对PDA和FPGA等硬件的支持。2006年10月发布了LabVIEW 8.2版本，增加了仿真框图和MathScript节点两大功能；同时，第一次推出了简体中文版，为中国科技人员的学习和使用降低了难度。
经过不断改进和更新，LabVIEW已经从最初简单的数据采集和仪器控制的工具发展成为科技人员用来设计、发布虚拟仪器软件的图形化平台，成为测试测量和控制行业的标准软件平台。目前，LabVIEW可支持来自数百个不同厂商的数千种设备，并为各种硬件提供一致的编程框架，从而帮助工程师大幅缩短开发时间。
其次，从硬件方面看，20世纪70年代产生了GPIB技术，也就是IEEE-488总线技术，后来又改进为IEEE 488.2标准[3]。但GPIB总线的通信带宽很窄，通过它无法实现数据向计算机的实时传输，所以大量的数据处理工作仍然要依靠仪器自身所具有的功能来完成。到了20世纪80年代，个人计算机可增加扩展槽，随即就出现了可插在计算机PCI槽上的数据采集卡。利用数据采集卡，可以进行数据采集，然后利用计算机及相关软件对采集获得的数据进行后处理并输出显示。这就是虚拟仪器技术的雏形。
随着计算机总线通信速度的进一步加快，1996年，美国国家仪器公司在PCI数据总线基础上，又提出了第一代PXI系统技术规范。PXI系统是由模块化的仪器根据需要组合成的系统，其中模块化的仪器可以是示波器、数字万用表、函数发生器、频谱分析仪等[2]。目前，虚拟仪器技术已经逐步延伸到嵌入式系统和便携式系统中。
为加深印象，接下来再将虚拟仪器技术的基本概念进行总结和梳理。