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虚拟仪器的概念及其系统软硬件结构

NI?? 2014年08月29日 ?? 收藏1
虚拟仪器概念

如果总结哪一项技术在过去50年中,对人类生活的影响最大,那肯定是计算机技术。计算机历经50年的发展,现在已经渗透到了日常生活的方方面面。似乎生活中的任何一件物品,不与计算机相结合,就无法再创新;而一旦与计算机结合在一起,则会立刻迸发出令人瞠目的活力。

传统设备与计算机的结合通常有两个方向,一是以计算机为主体,在计算机上添加某些必要硬件设备,完成传统设备的功能;二是以传统设备为基础,在其上添加计算机软硬件。以电话为例,它的发展方向:一是为计算机配备耳机、麦克风、摄像头等硬件,然后直接通过计算机进行语音、视频通讯;其二,是把外形和功能都缩减后的计算机直接安装到电话上,并在安装上相应的系统和应用软件,成为智能手机。

不论采用哪种融合方式,传统设备的功能都被革命性的增强了,而其成本却不断降低。比如说,在计算机上,可以把电话的单纯语音通话功能扩展为语音视频交流,而起每次通讯的边际成本几乎为零;时下流行的各种手机,在嵌入计算机设备后,除了用于通话,更可以用来娱乐甚至办公。这些都是传统电话所不能比拟的。

图 1 传统仪器与虚拟仪器的结构
图 1 传统仪器与虚拟仪器的结构

在测试测量领域,测试仪器经历了与电话及其类似的发展过程。它们或者被植入CPU、内存、安装上软件,具备了计算机的基本功能;或者被拆解开来,取其核心部件插入到计算机中去,使计算机具备测试功能。这两种发展方向都使得仪器的功能更强大,速度更快。但其区别之处在于,把仪器移植到计算机上,更多考虑的是降低成本;而把计算机移植到仪器上,则更多的是为了满足仪器小型化的需要。

在计算机运算能力强大到一定程度之后,以“虚拟”为前缀的各项技术开始纷纷出现,比如虚拟现实、虚拟机、虚拟仪器等。虚拟现实是指用计算机表现真实世界;虚拟机是指在一台计算机上模拟多台计算机;同样虚拟仪器是指在计算机上完成仪器的功能。

虚拟仪器的概念是相对于传统仪器来说的。记得以前上学做物理实验时,常常用到万用表、示波器等仪器,它们每台仪器就是一个固定的方盒子,它们所有的测量功能都在这个盒子内完成,这就是所谓的传统仪器。而进入到虚拟仪器时代,这种单一功能的方盒子开始逐渐被电脑所取代。

传统仪器的方盒子,用户看不到其内部,更无法改变其结构。因此,一台传统仪器一旦离开它生产线后,其功能和外观就固定下来了。用户只能利用一台传统仪器完成某个功能固定的测试任务。一旦测试需求改变,则必须再次购买满足新需求的仪器。

而虚拟仪器的最大优势则在于,它除了基础的信号采集部分,其它软硬件全部采用通用的计算机软硬件设备。这些通用的软硬件设备可以以低廉的价格进行升级,或者被使用者按自己意愿进行配置。比如,在虚拟仪器上,用户可以通过升级CPU来加快仪器的处理速度、可以自己编写程序来改变仪器的测试功能和交互界面。

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