虚拟仪器的发展历程

虚拟仪器

一、起源与发展

上世纪80年代末期，美国仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的新概念，它将计算机技术与现代仪器技术相结合，开发出虚拟仪器这种全新概念的测量仪器，从而打破了传统仪器的结构固定、功能单一、可扩展性差等限制。

虚拟仪器概念最早是由美国仪器公司(national instruments，NI)，于1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器公司系统公司推出的AppleⅡ为基础的数字存储示波器。自20实世纪80年代中期开始，微软公司Windows操作系统的出现，使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabView，标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。

虚拟仪器是测试技术和计算机技术综合集成的产物，是计算机技术、测量仪器技术和软件技术共同孕育出的一项革命性新技术，代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。虚拟仪器的出现，彻底改变了传统的仪器观，开辟了测量测试技术的新纪元。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器的概念逐步为工业界和学术界所认识，经过20多年的技术进步与发展，已经成为21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发以及一些院校的实验室建设等众多领域得到广泛应用。

二、虚拟仪器概述

计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使得微机在计算机仪器上的作用远远超出了计算机仪器发展初期用来完成控制的范畴。微机及DSP强大的计算能力使得它们在一定的实时性要求下代替了许多原来由硬件完成的功能，这标志着“软件即仪器(The software

isthe instrument)”时代的到来。人们给这样的测试仪器起了一个形象的名字——虚拟仪器。虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，是使用在通用计算机上的一组软件和硬件。虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。虚拟仪器实质上是软硬结合、虚实结合的产物，它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

虚拟仪器发展历程

虚拟仪器（Virtual Instrumentation）是指利用计算机技术和软件编程技巧来实现仪器仪表功能的一种技术。它可以替代传统的实体仪器，使仪器的功能更加灵活、易用、可扩展。虚拟仪器的发展历程可以追溯到20世纪80年代中后期。

在过去，仪器仪表通常是由硬件和固定功能的嵌入式软件组成的，定制化程度高，开发和维护成本较高。然而，随着个人计算机的普及和计算机技术的发展，人们开始意识到利用计算机来实现仪器功能的潜力。

虚拟仪器的发展可以追溯到计算机的发展。20世纪80年代，计算机的性能开始提升，运算速度和存储容量大大增加。这为虚拟仪器的开发提供了足够的硬件基础。

在20世纪90年代，虚拟仪器的概念逐渐成型。美国国家仪器公司（National Instruments）成为虚拟仪器的领军者。他们开发了一种名为LabVIEW的软件平台，实现了虚拟仪器的开发与使用。LabVIEW可以通过简单易用的图形化界面进行编程，将各种仪器功能抽象为可编程的模块，用户可以通过拖拽和连接模块来实现各种功能。这种创新的方式大大简化了虚拟仪器的开发过程，降低了开发门槛。

随着计算机硬件的不断发展，虚拟仪器在20世纪90年代末和21世纪初迅速流行起来。越来越多的科研机构、企业和教育机构开始采用虚拟仪器来替代传统仪器。与传统仪器相比，虚拟仪器有以下几个优势：

首先，虚拟仪器具有灵活性。通过软件编程，用户可以自定义仪器的功能，实现不同的实验需求。虚拟仪器的功能不再受限于硬件，而是由软件来实现，因此具有更大的灵活性。

其次，虚拟仪器易于使用。传统仪器通常需要熟练掌握专业知识才能操作，而虚拟仪器使用图形化界面，对用户更加友好。用户可以通过简单的拖拽、连接和配置来实现各种功能。这大大降低了使用门槛，使虚拟仪器更加易于上手。

再次，虚拟仪器可扩展性强。在虚拟仪器平台上，用户可以根据需要添加新的模块和功能。这样，虚拟仪器可以随着科研工作或实验需求的变化而不断扩展和升级。

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课程名称: 虚拟仪器

学 院: 机电工程学院

专 业: 仪器仪表工程

姓 名: 刘 @

学 号: 4 2

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; 论文介绍：经过一学期的虚拟仪器学习，对LabVIEW的使用有了更深入的了解，有很多思维和方法在今后的学习中值得借用，在此感谢万老师的辛勤付出。本论文主要论点：LabVIEW的发展历史、研究现状及其展望，并分析与其它平台的比较优势，本人测控专业且目前研究方向主要涉及到FPGA的应用，所以文章分析了LabVIEW与MATLAB和FPGA(现场可编程门阵列)等平台的融合，并在此基础上分析LabVIEW最新的应用实例，最后做出总结与展望。

0. 引言

随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨人的变化， 美国于 1986 年首先提出基于计算机技术的虚拟仪器(Virtual lnstruments 简称Ⅵ)的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就好象在操作一台自己设计的专用的传统电子仪器。它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。无论哪种虚拟仪器系统, 都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC或工作站等各种计算机平台(甚至可以是掌上电脑) 上，加上应用软件而构成的[1]。

虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

虚拟仪器的发展及应用

摘要：虚拟仪器在各个领域中的应用越来越广泛，主要介绍虚拟仪器的发展过程，虚拟仪器的软件与硬件的基本构成原理，并介绍了一些虚拟仪器的应用。通过介绍，可以断定虚拟仪器有广泛的应用前景，是今后一段时间的发展方向。

关键词：虚拟仪器；测试；采集硬件；算法软件

0引言

由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子工业测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。虚拟仪器就是其中的一种，虚拟仪器是基于通用PC建立的可编程仪器及仪器系统，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。现在虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。

1测量技术的发展过程

1.1传统测试仪器仪表的发展历程

测量仪器是科学技术发展的基础，而科学技术的发展又推动着测量仪器的发展进程。测量仪器仪表技术发展至今，主要经历了以下几个阶段：

(1) 以电磁技术为基础的指针式仪表阶段；

(2)以模拟电子技术为基础的模拟式仪表阶段；

(3)以数字电子技术为基础，引入了锁相技术、频 率合成技术、数字取样技术等的数字化仪表阶段；

(4)以大规模、超大规模集成电路为基础的智能化

仪器仪表阶段。这一阶段是电子仪器领域取得

重大发展的标志性联阶段，在一定时期内曾开

创了现代电子测量、测试技术的先河；

(5)以电子测量技术、自动控制技术和计算机技术

的发展相融合为基础的自动测试系统阶段。这是

电子测量技术的又一次飞跃，它真正实现了

高速度、高准确度、多参数和多功能的 图1传统仪器仪表的发展进程 电磁指针式仪表