虚拟仪器的发展历史和VXI与PXI仪器的特点与应用说明

　　第一章 绪 论

　　虚拟仪器的出现与发展，为自动测试领域带来了一次新技术革命。本章简要回顾了虚拟仪器的发展历史，分析了以VXI仪器为代表的虚拟仪器的特点与应用，引出了虚拟仪器系统的概念，重点介绍了虚拟仪器系统结构及其规范。本书的以后各章，均基于虚拟仪器系统结构而展开。

　　1.1 虚拟仪器

　　众所周知，测量是人类认识自然、改造自然的一种手段，通过测量人们可以对客观世界取得定量的信息，仪器是测量中必不可少的工具。电子测量是利用电子学的理论和技术对电量和非电量进行观察和测量的装置和系统。随着电子技术的发展及其在各方面的广泛应用，对于测量和仪器提出了更高的要求，测试项目和范围与日俱增，测试精度和测试速度要求急剧提高。

　　七十年代以来，是电子测量和仪器领域发生飞跃变化的年代，微计算机的问世和大规模集成电路的发展对这一领域产生了革命性的影响。在测试系统中，对仪器的“智能”要求越来越高，仪器中微机的任务不断加重，仪器在很多方面逐渐向微计算机靠拢。此外，随着微计算机和智能仪器的普及，测试系统中包含的重复部件越来越多，而冗余的部件往往不能容错。因此，需要统筹地考虑仪器与计算机之间的系统结构。在这种背景下，1982年出现了一种与PC机配合使用的模块式仪器，自动测试系统结构也从传统的机架层迭式结构发展成为模块式结构。

　　与传统仪器不同的是，模块式仪器本身不带仪器面板，因此必须借助于PC机强大的图形环境和在线帮助功能，建立图形化的“虚拟的”仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示。这种与PC机结合构成的，包含实际仪器使用与操作信息软件的仪器，被称为“虚拟仪器”。

　　与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下几个性能特点：

　　1、 虚拟仪器的硬、软件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。为提高测试系统的性能，可以方便地加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不用购买一个全新的系统，有利于测试系统的扩展。

　　2、 可由用户自定义仪器功能。由于仪器的功能可在用户级上产生，故它不再完全由仪器生产厂家来确定，用户可以根据自己的需要，通过增加或修改软件，为虚拟仪器加入新的测量功能，而不用购买一台新的仪器。

　　3、 数据处理能力强。由于借助于计算机，虚拟仪器可以实现过去比基于微处理机内核仪器复杂许多的数据处理、分析与显示能力，并可利用数据文件或数据库格式进行数据的存储与恢复。

　　随着软件在仪器系统中的权重越来越大的趋势，虚拟仪器的概念也进一步得到扩充。著名的仪器厂家美国NI（National Instrument）公司甚至提出了“软件就是仪器”的口号，将自动测试系统中所有独立的模块都称为虚拟仪器（包括采集、分析计算及显示等各个过程与函数）或者称为子虚拟仪器（SubVI），通过虚拟仪器层次化的结合，构建复杂的虚拟仪器系统。在这个层次上，虚拟仪器的概念已经抽象化，并不再等同于一个硬件实体。然而，这个观点尚未被仪器领域完全接受，为了不使概念混淆，本书在所论及的虚拟仪器（VI），仍是指与传统仪器相对的模块化仪器实体（包括硬件模块与软件模块），而将NI公司提出的虚拟仪器称为抽象的虚拟仪器（AVI—Abstract Virtual Instrument），以示与实体化的虚拟仪器区别。