跟着技能开展、上市时刻缩短，要求工程师和科学家对业界应战作出更快速、高效的回应。虚拟仪器概念的开发是电脑的日益遍及和工业与研讨范畴竞争性增强的产品。本文阐明虚拟仪器的概念，及其在前进产能、精确度和功用方面的优势。
虚拟仪器首要由装备了强壮运用软件、PC即插即用板之类的高性价比硬件和驱动软件的核算机组成，这些装备可以在测验和主动操控方面供给比传统仪器更强的功用。虚拟仪器代表了以传统硬件为主的仪器体系向以软件为主的体系的根本性搬运，它能充分发挥现代核算机强壮的核算才能、产能、显现才能和衔接才能。尽管电脑和集成电路技能在曩昔二十年里有了长足的前进，可是是软件在这些强壮的硬件架构上树立起了虚拟仪器，并供给了更好的改造方法，极大地下降了本钱。工程师和科学家可以运用虚拟仪器树立可以彻底符合他们要求的(用户界说)测验和主动操控体系，而不再受传统固定功用仪器(供货商界说)的约束。
与传统仪器的比照
像示波器和波形发生器这样的单个独立的传统仪器有着十分强壮的功用，但价格也比较贵重，首要规划用于履行一个或多个供货商界说好的特别使命。用户一般不能进行扩展或定制。仪器上的旋钮、按键、内置电路以及用户可用的功用都十分清晰。别的，开发这些仪器有必要运用许多专业技能和贵重的元件，因而这些传统仪器价格十分高，遍及速度比较慢。
而根据电脑的虚拟仪器具有可以充分运用现有电脑中集成的最新技能的优势。这些技能和功用上的优势包含P4这样功用强壮的处理器、微软的Windows XP、.NET和苹果Mac OS X等操作体系和技能等。除了整合有强壮的功用外，这些渠道也十分简略拜访因特网等强壮的东西。传统仪器还常常短少便携性，而运转在笔记本上的虚拟仪器则主动整合了便携特性。
图1. LabVIEW虚拟仪器前面板
关于那些要求、运用和需求改动十分快的工程师和科学家来说，需求很大的灵敏性来创立他们自己的处理方案。他们可以选用虚拟仪器来满意他们的特别要求，并且无需替换整个设备，因为安装在电脑上的各种运用软件和即插即用硬件比比皆是。以模块化方法界说体系的灵敏功用够使工程师和科学家真实远离贵重的供货商界说的体系。
运用虚拟仪器处理方案可以下降本钱费用、体系开发本钱和体系维护本钱，一起加速产品上市时刻和前进自己产品的质量。虚拟仪器能让用户为他们的“需求”付费，而不再为从供货商界说体系被迫“取得的东西”而付费。
虚拟仪器中的软件
软件是虚拟仪器中最重要的组成部分。工程师和科学家经过适宜的软件东西规划和集成某个特别进程所需的例程就可以有效地创立他们自己的运用程序。他们还可以创立正确的可以彻底满意运用意图和交互运用要求的用户接口。他们可以界说运用软件怎么和何时从设备获取数据、怎么处理或剖析数据、办理和存储数据以及将成果出现给用户。
他们还可以运用功用强壮的软件在仪器中创立智能和决议计划才能。软件所具有的别的一个重要优势是模块化特性。在处理大型项目时，工程师和科学家可以将整个项目分红多个较易处理的功用性单元。这些子使命将更简略办理，更简略测验，然后削减了或许引起意料外行为的或许性。
虚拟仪器并不局限于一台独立的电脑。事实上，跟着近来网络技能和因特网的蓬勃开展，仪器运用强壮的互连功用进行使命的分配将越来越遍及。典型比如包含超级核算机、分布式监控和操控设备以及来自不同地理位置的数据或成果可视化。
国家仪器公司(NI)作为虚拟仪器的前驱推出了图形化编程环境LabVIEW。LabVIEW供给了一个易于运用的专门规划以满意工程师和科学家需求的运用开发环境，是虚拟仪器内集成的一个组成部分。
图形化编程
图形化编程环境是LabVIEW向工程师和科学家供给的强壮功用之一。用户可以运用LabVIEW定制规划虚拟仪器，在核算机屏幕上创立图形化用户接口，并经过这个接口操作仪器程序、操控选中的硬件、剖析捕获的数据并显现成果。
用户还可以用旋钮、按键、拨号器和图形等元件定制虚拟仪器的面板来模仿传统仪器的操控面板、创立定制的测验面板或以可视化的方法表达操控和操作进程。规范流程图和图形化程序之间的相似性缩短了与根据文本的传统言语相关的学习进程。
将图标衔接在一起创立出框图就可以决议虚拟仪器的行为，这也是科学家和工程师们较为天然的规划理念。经过图形化编程可以比传统编程更快地开宣布体系，一起还能保存创立各种不同运用所需的功用和灵敏性。
虚拟仪器在工程进程中的各个阶段(从研讨、规划到制作测验)都具有巨大的优势。
在研讨和规划阶段，工程师和科学家需求快速的开发和原型树立才能。而运用虚拟仪器可以快速开发程序，并在同一个仪器上测验原型、剖析成果，所需时刻仅仅传统仪器测验时刻的很少一部分。
研制(RD)运用要求无缝地集成软件和硬件。不论是否需求经过GPIB与一台独立的仪器相连，是否需求经过数据捕获板和信号调理硬件将信号直接送入核算机，LabVIEW都能十分简捷地将软硬件衔接起来。运用虚拟仪器可以使测验流程完结主动化，消除或许的手工操作过错，并且因为不会引起不知道或意料之外的改变，因而可以保证成果的一致性。
开发测验和可用性
运用虚拟仪器的灵敏性和强壮功用可以很简略地树立杂乱的测验进程。针对主动的规划验证测验，用户可以在LabVIEW中树立测验例程，并与测验办理软件整合在一起，比如与具有强壮测验办理功用的TestStand整合在一起。
削减测验时刻和简化测验进程的开发是制作测验中最根本的尽力方针，而虚拟仪器供给的高功用则可以满意这些要求。这些根据个人核算机的东西具有可以并行运转多重测验序列的高速、多线程引擎，因而可以彻底满意严厉的吞吐量要求。NI公司的TestStand可以在用LabVIEW编写的例程根底上十分方便地办理测验序列、测验履行和测验报告。
图2. LabVIEW虚拟仪器框图
制作运用要求软件有必要是牢靠的、高功用的和可互操作的。虚拟仪器具有所有这些优势，它集成了比如告警、历史数据开展趋势、安全、组网、工业I/O和企业互连等功用。用户可以运用这些功用方便地衔接许多类型的工业设备，如PLC、工业网络、分布式I/O以及刺进式数据捕获板。
虚拟仪器不止是个人核算机
近来商用PC技能现已开端向嵌入式体系搬运，例如用于嵌入式开发的Windows CE、根据Intel x86的处理器、PCI和CompactPCI总线和以太网技能等。为了表现本钱和功用的优势，虚拟仪器选用的也是商用技能，这些商用技能相同也在添加嵌入式和实时功用。例如，LabVIEW既可运转于Linux，也可针对特别嵌入式方针运转于VenturCom供给的嵌入式ETS实时操作体系。如将虚拟仪器用作从台式机扩展到嵌入式设备的可晋级结构，那么应该把虚拟仪器看作是嵌入式体系开发者的完好东西箱中的东西之一。
明显影响嵌入式体系开发的技能改变是网络和Web。以太网现已成为全球各个公司运用的规范网络架构。此外，PC范畴中Web接口的遍及也现已漫延到了蜂窝电话、PDA以及现在的工业数据捕获和操控体系的开发。
因为虚拟仪器软件可以运用穿插渠道编译技能将台式和实时体系整合在一个开发环境中，用户现在就可以运用内置Web服务器和台式软件的易用网络功用，并将它移植至实时和嵌入式体系中。例如，可以运用LabVIEW简略地装备内置Web服务器，并向网络上界说好的安全机器输出windows上的运用接口，然后经过该接口下载运用并运转于手持机中的傻瓜式嵌入式体系上。整个进程无需嵌入式体系所要求的额定编程。
嵌入式体系开发是开展最快的工程范畴之一，在可预见的未来将持续得到开展，因为顾客需求更聪明的轿车、设备、家用设备等等。这些商用技能的改造将有力地推动虚拟仪器的遍及。供给虚拟仪器软件和硬件东西的抢先企业需求在专业技能和产品开发上加大出资，以更好地服务这一范畴。例如针对NI旗舰产品虚拟仪器软件渠道LabVIEW，NI公司描绘的开展前景是这样的：从针对台式操作体系的开发向嵌入式实时体系、向手持式个人数字助理、向根据FPGA的硬件、乃至向智能传感器搬运。
集成在一起的软硬件、灵敏的模块化东西、商用技能的运用等一系列虚拟仪器概念一起形成了一个根底架构，在该架构上工程师或科学家们可以快速完结他们的体系开发并保持很长一段时刻。因为虚拟仪器可以在嵌入式开发中供给许多可选项和功用，因而十分有助于嵌入式开发者了解和阅读这些东西。
本文小结
虚拟仪器选用了越来越先进的核算机技能，可以在敞开架构根底上创立用户界说的体系。这一概念不只可以保证用户远离供货商界说的体系，还可保证今日的体系可以滑润得到晋级以满意明日的需求。
