中心議題：

• 虛擬儀器的定義，它與傳統儀器的不同
• 虛擬儀器硬件性能與傳統儀器的比較
• 虛擬儀器與傳統儀器的兼容性介紹
• 虛擬儀器與綜合性儀器的對比介紹

解決方案：

• 對於當前的測量任務
  ，虛擬儀器係統的價格與具有相似功能的傳統儀器相差無幾，甚至比它少很多倍
• 虛擬儀器在測量任務需要改變時具有更大的靈活性，因而隨著時間的流逝，節省的成本也不斷累計
• 利用虛擬儀器技術
  ，工程師可以使用高效且功能強大的軟件自定義采集、分析、存儲
  、共享和顯示功能
• 虛擬儀器係統是基於軟件的，所以如果隻要是可以數字化的東西，就可以對它進行測量
• 虛擬儀器可與傳統儀器完全兼容
• 綜合性儀器的定義和虛擬儀器的許多性質相同

作為全球虛擬儀器技術的領導者，NI僅在2004年就為客戶提供了超過6,000,000套虛擬儀器測量設備。25年來，工程師使用虛擬儀器技術將靈活的軟件以及PC技術的強大功能引入測試、控製和設計應用，從而使得在直流（DC）至2.7GHz的範圍內可以進行精確的模擬和數字測量。本文闡述了虛擬儀器技術和傳統儀器之間的兼容性和區別。

什麼是虛擬儀器？它與傳統儀器有何不同？
虛擬儀器由用戶定義，而傳統儀器則功能固定且由廠商定義。



圖1
、傳統儀器（左圖）和基於軟件的虛擬儀器（右圖）具有許多相同的結構組件，但是在體係結構原理上完全不同

每一個虛擬儀器係統都由兩部分組成——軟ruan件jian和he硬ying件jian。對dui於yu當dang前qian的de測ce量liang任ren務wu，虛xu擬ni儀yi器qi係xi統tong的de價jia格ge與yu具ju有you相xiang似si功gong能neng的de傳chuan統tong儀yi器qi相xiang差cha無wu幾ji
，甚shen至zhi比bi它ta少shao很hen多duo倍bei。而er且qie，由you於yu虛xu擬ni儀yi器qi在zai測ce量liang任ren務wu需xu要yao改gai變bian時shi具ju有you更geng大da的de靈ling活huo性xing
，因yin而er隨sui著zhe時shi間jian的de流liu逝shi
，節jie省sheng的de成cheng本ben也ye不bu斷duan累lei計ji。

不使用廠商定義的、預(yu)封(feng)裝(zhuang)好(hao)的(de)軟(ruan)件(jian)和(he)硬(ying)件(jian)
，工(gong)程(cheng)師(shi)和(he)科(ke)學(xue)家(jia)獲(huo)得(de)了(le)最(zui)大(da)的(de)用(yong)戶(hu)定(ding)義(yi)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。傳(chuan)統(tong)儀(yi)器(qi)把(ba)所(suo)有(you)軟(ruan)件(jian)和(he)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)封(feng)裝(zhuang)在(zai)一(yi)起(qi)利(li)用(yong)儀(yi)器(qi)前(qian)麵(mian)板(ban)為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)一(yi)組(zu)有(you)限(xian)的(de)功(gong)能(neng)。而(er)虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)的(de)則(ze)是(shi)完(wan)成(cheng)測(ce)量(liang)或(huo)控(kong)製(zhi)任(ren)務(wu)所(suo)需(xu)的(de)所(suo)有(you)軟(ruan)件(jian)和(he)硬(ying)件(jian)設(she)備(bei)
，功(gong)能(neng)完(wan)全(quan)由(you)用(yong)戶(hu)自(zi)定(ding)義(yi)。此(ci)外(wai)
，利(li)用(yong)虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)技(ji)術(shu)，工(gong)程(cheng)師(shi)和(he)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)高(gao)效(xiao)且(qie)功(gong)能(neng)強(qiang)大(da)的(de)軟(ruan)件(jian)來(lai)自(zi)定(ding)義(yi)采(cai)集(ji)、分析
、存儲、共享和顯示功能。

這裏有一些體現虛擬儀器靈活性的例子：

1.一個應用，不同的設備
在這個例子中， 一位工程師正在實驗室的台式計算機PCI總線上使用NI LabVIEW和M係列DAQ設備開發一個應用程序，以創建一個直流（DC）電壓和溫度測量應用。在完成了係統構建之後，他需要在一個生產層PXI係統上配置應用程序以完成新產品的測試。或者，他可能需要應用程序具有便攜性，所以他選擇了NI USB DAQ產品來完成任務。在這個例子中
，無論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以僅在同一個程序中使用虛擬儀器而無需改變代碼。



圖2
、在許多設備上使用同樣的應用程序之時升級硬件十分輕鬆

2.許多應用程序，一個設備
假設有另外一個工程師
，剛剛完成了一個利用最新的M係列DAQ設備和積分編碼器測量電機位置的項目。他的下一個項目是監視和記錄這個電機的功率。即使任務完全不同他也可以重用同樣的M係列DAQ 設she備bei。他ta所suo需xu要yao做zuo的de就jiu是shi使shi用yong虛xu擬ni儀yi器qi軟ruan件jian開kai發fa出chu新xin的de應ying用yong程cheng序xu。此ci外wai，如ru果guo需xu要yao的de話hua，項xiang目mu既ji可ke以yi與yu一yi個ge單dan一yi的de應ying用yong程cheng序xu結jie合he也ye可ke以yi運yun行xing在zai一yi個ge單dan一yi的deM係列DAQ設備。



圖3、通過為許多應用程序重複使用硬件減少成本

與傳統儀器相比

，虛擬儀器硬件性能如何？
NI致力於使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices


、Xilinx以及其他公司的商業可用技術：NI使用Microsoft在操作係統(OS)和開發工具方麵的諸多技術
；在硬件方麵，NI則基於Analog Devices在A/D轉換器方麵的研究成果。

基(ji)本(ben)上(shang)，虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)係(xi)統(tong)是(shi)基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)，所(suo)以(yi)如(ru)果(guo)隻(zhi)要(yao)是(shi)可(ke)以(yi)數(shu)字(zi)化(hua)的(de)東(dong)西(xi)
，就(jiu)可(ke)以(yi)對(dui)它(ta)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。因(yin)此(ci)，測(ce)量(liang)硬(ying)件(jian)可(ke)在(zai)通(tong)過(guo)兩(liang)根(gen)坐(zuo)標(biao)軸(zhou)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)，即(ji)分(fen)辨(bian)率(lv)（位）和頻率。參考下圖可以看出虛擬儀器硬件測量性能與傳統儀器的比較。NI的目標就是將曲線在頻率和分辨率上延伸並且在曲線內進行不斷推陳出新。



圖4、虛擬儀器硬件與傳統儀器的比較

虛擬儀器和傳統儀器能夠兼容嗎
？
許xu多duo工gong程cheng師shi和he科ke學xue家jia都dou在zai實shi驗yan室shi裏li將jiang虛xu擬ni儀yi器qi和he傳chuan統tong儀yi器qi結jie合he使shi用yong。除chu此ci之zhi外wai，一yi些xie傳chuan統tong儀yi器qi提ti供gong了le特te定ding的de測ce量liang，工gong程cheng師shi和he科ke學xue家jia寧ning願yuan廠chang商shang定ding義yi也ye不bu願yuan自zi己ji定ding義yi。這zhe就jiu引yin出chu了le一yi個ge問wen題ti，“虛擬儀器和傳統儀器能夠兼容嗎？”

虛擬儀器可與傳統儀器完全兼容，無一例外。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線 (如GPIB
、串行總線和以太網) 相連接的函數庫。

除了提供庫之外，200多家儀器廠商也為NI儀器驅動庫提供了4000yuzhongyiqiqudong。yiqiqudongtigongleyitaogaocengqiekedudehanshuyijiyiqijiekou。meiyigeyiqiqudongdouzhuanweiyiqimouyitedingdemoxingersheji，congerweitadutedexingnengtigongjiekou。

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虛擬儀器和綜合性儀器有何不同？
自動測試工業中一個基本的趨勢就是往基於軟件的測試係統的重大轉變。例如
，美國國防部（DoD）是世界上最大的自動測試設備（ATE）客戶之一。為了減少測試係統的成本並提高重用率，DoD通過海軍的NxTest計劃已經確定：將來的ATE要使用建立在模塊化硬件和可重複配置的軟件基礎上的體係結構
，稱為綜合性儀器。采用綜合性儀器代表了將來軍用ATE係(xi)統(tong)標(biao)準(zhun)和(he)規(gui)範(fan)的(de)重(zhong)大(da)發(fa)展(zhan)
，並(bing)且(qie)反(fan)映(ying)出(chu)可(ke)重(zhong)複(fu)配(pei)置(zhi)的(de)軟(ruan)件(jian)處(chu)於(yu)將(jiang)來(lai)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)地(di)位(wei)這(zhe)一(yi)基(ji)本(ben)轉(zhuan)變(bian)。基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)
，例(li)如(ru)綜(zong)合(he)性(xing)儀(yi)器(qi)，需(xu)要(yao)對(dui)硬(ying)件(jian)平(ping)台(tai)和(he)市(shi)場(chang)上(shang)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)的(de)理(li)解(jie)，以(yi)及(ji)對(dui)係(xi)統(tong)級(ji)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)和(he)儀(yi)器(qi)級(ji)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)之(zhi)間(jian)區(qu)別(bie)的(de)理(li)解(jie)。

綜合性儀器執行團體將綜合性儀器定義為“一個可重複配置的係統，它通過標準化的接口連接一係列基本硬件和軟件組件，從而發生信號或者使用數值處理技術進行測量”。這與虛擬儀器的許多性質相同，虛擬儀器是“一個軟件定義的係統
，其中基於用戶需要的軟件定義了通用測量硬件的功能”。兩(liang)種(zhong)定(ding)義(yi)享(xiang)有(you)共(gong)同(tong)的(de)性(xing)質(zhi)

，即(ji)運(yun)行(xing)於(yu)商(shang)用(yong)硬(ying)件(jian)之(zhi)上(shang)的(de)可(ke)自(zi)定(ding)義(yi)功(gong)能(neng)的(de)儀(yi)器(qi)。通(tong)過(guo)將(jiang)測(ce)量(liang)功(gong)能(neng)轉(zhuan)向(xiang)用(yong)戶(hu)可(ke)接(jie)觸(chu)並(bing)可(ke)重(zhong)複(fu)配(pei)置(zhi)的(de)硬(ying)件(jian)

，那(na)些(xie)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)的(de)儀(yi)器(qi)從(cong)具(ju)有(you)更(geng)大(da)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)重(zhong)複(fu)配(pei)置(zhi)功(gong)能(neng)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)受(shou)益(yi)，而(er)且(qie)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)反(fan)過(guo)來(lai)又(you)提(ti)高(gao)了(le)性(xing)能(neng)同(tong)時(shi)減(jian)少(shao)了(le)成(cheng)本(ben)。