一、什麼是虛擬儀器?
一套虛擬儀器系統就是一臺工業標準計算機或工作站配上功能強大的應用軟體、低成本的硬體(例如插入式板卡)及驅動軟體，他們在一起共同完成傳統儀器的功能。以軟體為主的測量系統充分利用了常用臺式計算機和工作平臺的計算、顯示和網際網路等諸多用於提高工作效率的強大功能。軟體是在功能強大的硬體基礎上建立虛擬儀器系統的真正關鍵所在。虛擬儀器可使用相同的硬體系統，透過不同的軟體就可以實現功能完全不同的各種測量測試儀器，即軟體系統是虛擬儀器的核心，軟體可以定義為各種儀器，因此可以說“軟體即儀器”。虛擬儀器代表著從傳統硬體為主的測量系統到以軟體為中心的測量系統的根本性轉變。有了虛擬儀器，使用者就可以完全根據自己的需求組建測量和自動化系統，而不用再受功能固定(完全由廠家提供)的傳統儀器的限制。
二、虛擬儀器和傳統儀器的比較
獨立的傳統儀器，例如示波器和波形發生器，效能強大，但是價格昂貴，且被廠家限定了功能，只能完成一件或幾件具體的工作，因此，使用者通常都不能夠對其加以擴充套件或自定義其功能。儀器的旋鈕和開關、內建電路及使用者所能使用的功能對這臺儀器來說都是固定的。另外，開發這些儀器還必須要用專門的技術和高成本的元部件，從而使它們身價頗高且很不容易更新。
基於PC機的虛擬儀器系統，誕生以來就充分利用了現成即用的PC機所帶來的最新科技。這些科技和效能上的優勢迅速縮短了獨立的傳統儀器和PC機之間的距離，包括功能強大的處理器(如Pentium 4)、作業系統及微軟Windows XP、NET技術和Apple Mac OS x。除了融合諸多功能強大的特性，這些平臺還為使用者提供了簡單的聯網工具。此外，傳統儀器
往往不便隨身攜帶，而虛擬儀器可以在膝上型電腦上執行，充分體現了其便攜特性。
需要經常變換應用專案和系統要求的工程師和科學家們需要有非常靈活的開發平臺以便建立適合自己的解決方案。可以使用虛擬儀器以滿足特定的需要，因為有安裝在PC機上的應用軟體和一系列可選的插入式硬體，無需更換整套裝置，即能完成新系統的開發。
1、靈活性
除了專用的元件和電路，獨立式傳統儀器的基本框架其實類似於基於PC機的虛擬儀器。兩者都需要一個或多個微處理器、通訊埠(如串列埠、GPIB介面)、顯示功能及資料採集模組。其根本區別在於兩者不同的靈活性，使用者是否能夠根據各自不同的要求對其進行修改和擴充套件。一臺傳統儀器可能包括一套積體電路用於實現特定的資料處理功能;而在虛擬儀器中，只需在PC處理器上執行軟體程式即可實現這些功能，而且，還可以簡單地對這些功能加以擴充套件，只是會受軟體功能大小的限制。
2、低價位
使用虛擬儀器解決方案，可以大幅降低資金投入、系統開發成本和系統維護成本，同時還為使用者加快產品上市時間並提高產品質量。
三、儀器的分類:
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虛擬儀器的發展隨著微機的發展和採用匯流排方式的不同，可分為五種型別:
1、PC匯流排——插卡型虛擬儀器
這種方式藉助於插入計算機內的資料採集卡與專用的軟體如LabVIEW相結合(注:美國NI公司的Labview是圖形化程式設計工具，它可以透過各種控制元件自已組建各種儀器。Labview/cvi是基於文字程式設計的程式設計師提供高效的程式設計工具，透過三種程式語言Visual C++,Visual Basic,Labviews/cvi構成測試系統，它充分利用計算機的匯流排、機箱、電源及軟體的便利。但是受PC機機箱和匯流排限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無遮蔽等缺點。另外，ISA匯流排的虛擬儀器已經淘汰，PCI匯流排的虛擬儀器價格比較昂貴。
2、並行口式虛擬儀器
最新發展的一系列可連線到計算機並行口的測試裝置，它們把儀器硬體整合在一個採集盒內。儀器軟體裝在計算機上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能，可以組成數字儲存示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發生器、頻率計、數字萬用表、功率計、程控穩壓電源、資料記錄儀、資料採集器。美國LINK公司的DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業，又可與臺式PC機相連，實現臺式和行動式兩用，非常方便。由於其價格低廉、用途廣泛，特別適合於研發部門和各種教學實驗室應用。
3、GBIB匯流排方式的虛擬儀器
GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發展階段。它的出現使電子測量獨立的單臺手工操作向大規模自動測試系統發展，典型的GPIB系統由一臺PC機、一塊GPIB介面卡和若干臺BPIB形式的儀器透過GPIB電纜連線而成。在標準情況下，一塊GPIB介面可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統。GPIB測量系統的結構和命令簡單，主要應用於臺式儀器，適合於精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。
4、VXI匯流排方式虛擬儀器
VXI匯流排是一種高速計算機匯流排VME匯流排在VI領域的擴充套件，它具有穩定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI遮蔽。由於它的標準開放、結構緊湊、資料吞吐能力強、定時和同步精確、模組可重複利用、眾多儀器廠家支援的優點，很快得到廣泛的應用。經過多年的發展，VXI系統的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規模自動測量系統以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優勢。然而，組建VXI匯流排要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。
5、PXI匯流排方式虛擬儀器
PXI匯流排方式是PCI匯流排核心技術增加了成熟的技術規範和要求形成的，增加了多板同步觸發匯流排的技術規範和要求形成的，增加了多板發匯流排，以使用於相鄰模組的高速通訊的局匯流排。PXI的高度可擴充套件性。PXI具有8個擴充套件槽，而臺式PCI系統只有3~4個擴充套件槽，透過使用PCI—PCI橋接器，可擴充套件到256個擴充套件槽，臺式PC的效能價格比和PCI匯流排面向儀器領域的擴充套件優勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。
四、虛擬儀器的發展過程
1、GPIB?VSI?PXI匯流排方式(適合大型高精度整合系統)GPIB 於1978年問世，VXI於1987年問世，PXI於1997年問世。
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2、PC插卡?並口式?串列埠USB方式(適合於普及型的廉價系統，有廣闊的應用發展前景)PC插卡式於80年代初問世，並行口方式於1995年問世，串列埠USB方式於1999年問世。
綜上所述，虛擬儀器的發展取決於三個重要因素。?計算機是載體,?軟體是核心?高質量的A/D採集卡及調理放大器是關鍵。
五、LabVIEW的簡單介紹
LabVIEW是NI公司提供的行業標準圖形化程式設計軟體，它不僅能輕鬆方便地完成與各種軟硬體的連線，更能提供強大的後續資料處理能力，設定資料處理、轉換、儲存的方式，並將結果顯示給使用者。LabVIEW是建立虛擬儀器系統的理想工具，它為使用者提供的最有力的特性就是圖形化的程式設計環境。使用者可以使用LabVlEW在電腦螢幕上建立一個圖形化的使用者介面，即可設計出完全符合自己要求的虛擬儀器。透過這個圖形介面，可以:
, 操作儀器程式
, 控制硬體
, 分析採集到的資料
, 顯示結果
使用者可以使用旋鈕、開關、轉盤、圖表等自定義前面板，用以代替傳統儀器的控制面板、建立自制測試面板，或圖形化表示控制和操作過程。標準流程圖和圖形化程式圖的相似性使得它不象基於文字的傳統語言那樣難學，從而大大縮短了使用者的整個學習過程。只需將各個圖示連在一起建立各種流程圖表，即可完成虛擬儀器程式的開發，而這也正好符合使用者的原始設計理念。利用圖形化程式設計，在保持系統的功能與靈活性的同時，能大大加快開發速度。
LabVlEW帶有現成即用的函式庫，使用者可以用它整合各種獨立臺式儀器、資料採集裝置、運動控制和機器視覺產品、GPIB,IEEE 488和串列埠,RS-232裝置、PLCS等，從而開發出一套完整的測量和自動化解決方案。LabVIEW還包含了主要的儀器標準如VISA-GPIB、串列埠和VXI 儀器可共用標準;PXI和基於PXI系統聯盟CompactPCI標準的軟硬體:IVI可互換虛擬儀器驅動程式;VXI Plug&Play;VXI儀器標準驅動程式
一、什麼是虛擬儀器?
一套虛擬儀器系統就是一臺工業標準計算機或工作站配上功能強大的應用軟體、低成本的硬體(例如插入式板卡)及驅動軟體，他們在一起共同完成傳統儀器的功能。以軟體為主的測量系統充分利用了常用臺式計算機和工作平臺的計算、顯示和網際網路等諸多用於提高工作效率的強大功能。軟體是在功能強大的硬體基礎上建立虛擬儀器系統的真正關鍵所在。虛擬儀器可使用相同的硬體系統，透過不同的軟體就可以實現功能完全不同的各種測量測試儀器，即軟體系統是虛擬儀器的核心，軟體可以定義為各種儀器，因此可以說“軟體即儀器”。虛擬儀器代表著從傳統硬體為主的測量系統到以軟體為中心的測量系統的根本性轉變。有了虛擬儀器，使用者就可以完全根據自己的需求組建測量和自動化系統，而不用再受功能固定(完全由廠家提供)的傳統儀器的限制。
二、虛擬儀器和傳統儀器的比較
獨立的傳統儀器，例如示波器和波形發生器，效能強大，但是價格昂貴，且被廠家限定了功能，只能完成一件或幾件具體的工作，因此，使用者通常都不能夠對其加以擴充套件或自定義其功能。儀器的旋鈕和開關、內建電路及使用者所能使用的功能對這臺儀器來說都是固定的。另外，開發這些儀器還必須要用專門的技術和高成本的元部件，從而使它們身價頗高且很不容易更新。
基於PC機的虛擬儀器系統，誕生以來就充分利用了現成即用的PC機所帶來的最新科技。這些科技和效能上的優勢迅速縮短了獨立的傳統儀器和PC機之間的距離，包括功能強大的處理器(如Pentium 4)、作業系統及微軟Windows XP、NET技術和Apple Mac OS x。除了融合諸多功能強大的特性，這些平臺還為使用者提供了簡單的聯網工具。此外，傳統儀器
往往不便隨身攜帶，而虛擬儀器可以在膝上型電腦上執行，充分體現了其便攜特性。
需要經常變換應用專案和系統要求的工程師和科學家們需要有非常靈活的開發平臺以便建立適合自己的解決方案。可以使用虛擬儀器以滿足特定的需要，因為有安裝在PC機上的應用軟體和一系列可選的插入式硬體，無需更換整套裝置，即能完成新系統的開發。
1、靈活性
除了專用的元件和電路，獨立式傳統儀器的基本框架其實類似於基於PC機的虛擬儀器。兩者都需要一個或多個微處理器、通訊埠(如串列埠、GPIB介面)、顯示功能及資料採集模組。其根本區別在於兩者不同的靈活性，使用者是否能夠根據各自不同的要求對其進行修改和擴充套件。一臺傳統儀器可能包括一套積體電路用於實現特定的資料處理功能;而在虛擬儀器中，只需在PC處理器上執行軟體程式即可實現這些功能，而且，還可以簡單地對這些功能加以擴充套件，只是會受軟體功能大小的限制。
2、低價位
使用虛擬儀器解決方案，可以大幅降低資金投入、系統開發成本和系統維護成本，同時還為使用者加快產品上市時間並提高產品質量。
三、儀器的分類:
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虛擬儀器的發展隨著微機的發展和採用匯流排方式的不同，可分為五種型別:
1、PC匯流排——插卡型虛擬儀器
這種方式藉助於插入計算機內的資料採集卡與專用的軟體如LabVIEW相結合(注:美國NI公司的Labview是圖形化程式設計工具，它可以透過各種控制元件自已組建各種儀器。Labview/cvi是基於文字程式設計的程式設計師提供高效的程式設計工具，透過三種程式語言Visual C++,Visual Basic,Labviews/cvi構成測試系統，它充分利用計算機的匯流排、機箱、電源及軟體的便利。但是受PC機機箱和匯流排限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無遮蔽等缺點。另外，ISA匯流排的虛擬儀器已經淘汰，PCI匯流排的虛擬儀器價格比較昂貴。
2、並行口式虛擬儀器
最新發展的一系列可連線到計算機並行口的測試裝置，它們把儀器硬體整合在一個採集盒內。儀器軟體裝在計算機上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能，可以組成數字儲存示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發生器、頻率計、數字萬用表、功率計、程控穩壓電源、資料記錄儀、資料採集器。美國LINK公司的DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業，又可與臺式PC機相連，實現臺式和行動式兩用，非常方便。由於其價格低廉、用途廣泛，特別適合於研發部門和各種教學實驗室應用。
3、GBIB匯流排方式的虛擬儀器
GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發展階段。它的出現使電子測量獨立的單臺手工操作向大規模自動測試系統發展，典型的GPIB系統由一臺PC機、一塊GPIB介面卡和若干臺BPIB形式的儀器透過GPIB電纜連線而成。在標準情況下，一塊GPIB介面可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統。GPIB測量系統的結構和命令簡單，主要應用於臺式儀器，適合於精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。
4、VXI匯流排方式虛擬儀器
VXI匯流排是一種高速計算機匯流排VME匯流排在VI領域的擴充套件，它具有穩定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI遮蔽。由於它的標準開放、結構緊湊、資料吞吐能力強、定時和同步精確、模組可重複利用、眾多儀器廠家支援的優點，很快得到廣泛的應用。經過多年的發展，VXI系統的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規模自動測量系統以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優勢。然而，組建VXI匯流排要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。
5、PXI匯流排方式虛擬儀器
PXI匯流排方式是PCI匯流排核心技術增加了成熟的技術規範和要求形成的，增加了多板同步觸發匯流排的技術規範和要求形成的，增加了多板發匯流排，以使用於相鄰模組的高速通訊的局匯流排。PXI的高度可擴充套件性。PXI具有8個擴充套件槽，而臺式PCI系統只有3~4個擴充套件槽，透過使用PCI—PCI橋接器，可擴充套件到256個擴充套件槽，臺式PC的效能價格比和PCI匯流排面向儀器領域的擴充套件優勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。
四、虛擬儀器的發展過程
1、GPIB?VSI?PXI匯流排方式(適合大型高精度整合系統)GPIB 於1978年問世，VXI於1987年問世，PXI於1997年問世。
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2、PC插卡?並口式?串列埠USB方式(適合於普及型的廉價系統，有廣闊的應用發展前景)PC插卡式於80年代初問世，並行口方式於1995年問世，串列埠USB方式於1999年問世。
綜上所述，虛擬儀器的發展取決於三個重要因素。?計算機是載體,?軟體是核心?高質量的A/D採集卡及調理放大器是關鍵。
五、LabVIEW的簡單介紹
LabVIEW是NI公司提供的行業標準圖形化程式設計軟體，它不僅能輕鬆方便地完成與各種軟硬體的連線，更能提供強大的後續資料處理能力，設定資料處理、轉換、儲存的方式，並將結果顯示給使用者。LabVIEW是建立虛擬儀器系統的理想工具，它為使用者提供的最有力的特性就是圖形化的程式設計環境。使用者可以使用LabVlEW在電腦螢幕上建立一個圖形化的使用者介面，即可設計出完全符合自己要求的虛擬儀器。透過這個圖形介面，可以:
, 操作儀器程式
, 控制硬體
, 分析採集到的資料
, 顯示結果
使用者可以使用旋鈕、開關、轉盤、圖表等自定義前面板，用以代替傳統儀器的控制面板、建立自制測試面板，或圖形化表示控制和操作過程。標準流程圖和圖形化程式圖的相似性使得它不象基於文字的傳統語言那樣難學，從而大大縮短了使用者的整個學習過程。只需將各個圖示連在一起建立各種流程圖表，即可完成虛擬儀器程式的開發，而這也正好符合使用者的原始設計理念。利用圖形化程式設計，在保持系統的功能與靈活性的同時，能大大加快開發速度。
LabVlEW帶有現成即用的函式庫，使用者可以用它整合各種獨立臺式儀器、資料採集裝置、運動控制和機器視覺產品、GPIB,IEEE 488和串列埠,RS-232裝置、PLCS等，從而開發出一套完整的測量和自動化解決方案。LabVIEW還包含了主要的儀器標準如VISA-GPIB、串列埠和VXI 儀器可共用標準;PXI和基於PXI系統聯盟CompactPCI標準的軟硬體:IVI可互換虛擬儀器驅動程式;VXI Plug&Play;VXI儀器標準驅動程式