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虛擬儀器的誕生史

作者: 時間:2017-01-09 來源:網絡 收藏

成立后的NI公司很快就設計開發出基于IEEE-488.1的硬件擴展版。逐漸穩步上升的銷售業績更加激發了他們的創新欲望,他們開始對GPIB接口進行 新的改進。改進后的GPIB將接口總線的傳輸速率從1Mbytes/s提高到8Mbytes/s。并成為新的國際標準IEEE-488-2003。

上個世紀80年代初期,NI公司憑借著GPIB總線上所獲得的巨大成功,業已成為個人計算機GPIB控制器穩定的開發商和供應商。他們在與用戶不斷接觸的 商務活動中敏銳的發現:當時所有的儀器控制程序基本上都是用BASIC語言編寫的。要求那些十分精通測試、測量的科學家和工程師使用BASIC語言來編寫 儀器控制程序,肯定不是一件十分愉快的事情。? NI公司的精英們開始設想:如果能夠創造、發明一種很實用、很方便的儀器控制軟件開發工具或軟件開 發平臺,必將徹底改變那些測試、測量科學家和工程技術人員對儀器控制程序設計的態度。基于這樣的理念,他們決定研發一種這樣的產品,并從1983年4月開 始邁出實現這個偉大夢想的第一步。
經過了三年多艱苦卓絕的不懈努力,這些天才的發明家終于實現了他們當初的夢想。不僅創建了虛擬儀器的理念,還同時發明了一種圖形化的計算機編程語言及圖形化程序的設計方法。

1986年,NI LabVIEW 1.0(Mac版)誕生(LabVIEW的版本歷史,請參考附錄A)。

二十五年來,持續不斷地改進,圖形化編程的方式已經逐漸演變成為現在的NI LabVIEW圖形化系統設計的平臺。
無可置疑,NI LabVIEW的誕生的確引發了測試、測量儀器領域的一場革命。

1.1.2 初期虛擬儀器的理念

虛擬儀器理念的誕生之初,受當時技術發展所限,虛擬儀器的主要應用體現在儀器控制方面。常被用于構建基于數字式儀表的大型自動化測試系統。

在這樣的自動化測試系統中,安置在計算機上的GPIB控制器通過GPIB接口控制和管理著多臺數字式測量儀器,并將儀器的測量數據不斷地傳送給計算機。計 算機按LabVIEW圖形化程序要求對測量數據進行分析并將分析結果顯示在計算機的屏幕上。自動化測試系統的基本模式參見下圖。
圖 1-5 虛擬儀器——自動化測量系統

圖 1-6 上個世紀90年代前后NI的Logo
由于測量控制軟件在自動化測量系統中不僅起著對GPIB總線地控制和管理作用,同時還可以對多臺儀器的測量數據進行較為復雜的分析和處理。所以,當時的虛擬儀器理念中突出強調軟件在自動化測量系統中的作用。

當時的宣傳口號“軟件就是儀器”幾乎隨處可見,甚至包括在早期NI的Logo中。
二十五年后的今天,虛擬儀器的開發和應用已經得到了長足進步和發展。“軟件就是儀器”的提法已經被全新的理念逐漸所取代。
其實,虛擬儀器理念的轉變得益于現代計算機技術、微電子技術和數字信號處理技術獲得的突破性進展。正因為如此,以這些技術為依托的虛擬儀器也得到了不斷地發展,從而導致電子測量儀器進入到一個創新的發展階段。

1.1.3 現代虛擬儀器的理念

上個世紀未,隨著計算機技術、微電子技術和數字信號處理等相應技術的飛速發展,虛擬儀器的構成發生了很大的變化,從而導致了虛擬儀器理念也發生了根本性的改變。
現階段關于虛擬儀器的定義存在著許多相類似的說法:
  1. 在NI的幫助文檔中還可以看到這樣的說法:“LabVIEW程序又稱虛擬儀器,即VI。其外觀和操作均模仿現實儀器,如示波器和萬用表。每個VI都使用函數從用戶界面或其它渠道獲取信息輸入,然后將信息顯示或傳輸至其它文件或計算機。”
  2. 在 清華大學出版社2008年出版的《虛擬儀器設計基礎教程》[4]一書中第3.1節中也談到:目前對于虛擬儀器的概念還沒有統一定義。書中還提到NI公司認 為:虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數據分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統,是一種計算機操縱的模塊化儀器系統。

依據當前虛擬儀器的發展狀況,我們認為基本上可以這樣來表述:虛擬儀器——基于計算機的測試測量和自動化儀器(系統)。
這樣的表述是基于下面的觀點:
  • 虛擬儀器所表述的內容
從虛擬儀器表述的內容來看,它應該所指是:電子測量儀器中的某一個儀器種類,并非指某種特定的儀器。事實上,它被用來區分傳統儀器。無論虛擬儀器還是傳統儀器,二者所表達的概念是相同的,都是用來表示基本構成不同的某類測量儀器。

  • 虛擬儀器的測量特性
無論傳統儀器還是虛擬儀器其本質區別就是基本構成不同。從測量的角度來分析:對于同一個被測量,具有相同功能的測量儀器,無論是傳統儀器還是虛擬儀器它的測量結果都應該是一致的。所以無論虛擬儀器還是傳統儀器,我們在評價其測量特性時,會依據相同的技術標準。

  • 基于計算機的測試測量本身已包含軟件和硬件
因 為基于計算機的測試測量本身就包含了軟件和硬件部分,所以就不必特意強調“軟件就是儀器”或者特殊強調“硬件模塊”的作用。正是在計算機上實現了測試測 量。所以傳統儀器前面板上的許多硬件都可以通過軟件來模擬實現。比如像傳統儀器前面板上的按鍵、開關、圖形指示器、旋鈕等等。這種方式必定會大大降低測量 儀器的成本,并提高了儀器的使用壽命,同時大大提高了設計開發效率。

綜上所述,虛擬儀器是與傳統儀器是基本構成不一樣的同一類測量儀器,是一種創新的儀器設計思想的產物。
圖 1-7 傳統儀器(上)與虛擬儀器(下)的面板
依據虛擬儀器的理念,它是如何與計算機結合的,它又包含那些組成部分呢?
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關鍵詞: 虛擬儀器誕生

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