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虚拟仪器的诞生史

作者: 时间:2017-01-09 来源:网络 收藏

成立后的NI公司很快就设计开发出基于IEEE-488.1的硬件扩展版。逐渐稳步上升的销售业绩更加激发了他们的创新欲望,他们开始对GPIB接口进行 新的改进。改进后的GPIB将接口总线的传输速率从1Mbytes/s提高到8Mbytes/s。并成为新的国际标准IEEE-488-2003。

上个世纪80年代初期,NI公司凭借着GPIB总线上所获得的巨大成功,业已成为个人计算机GPIB控制器稳定的开发商和供应商。他们在与用户不断接触的 商务活动中敏锐的发现:当时所有的仪器控制程序基本上都是用BASIC语言编写的。要求那些十分精通测试、测量的科学家和工程师使用BASIC语言来编写 仪器控制程序,肯定不是一件十分愉快的事情。
 NI公司的精英们开始设想:如果能够创造、发明一种很实用、很方便的仪器控制软件开发工具或软件开 发平台,必将彻底改变那些测试、测量科学家和工程技术人员对仪器控制程序设计的态度。基于这样的理念,他们决定研发一种这样的产品,并从1983年4月开 始迈出实现这个伟大梦想的第一步。
经过了三年多艰苦卓绝的不懈努力,这些天才的发明家终于实现了他们当初的梦想。不仅创建了虚拟仪器的理念,还同时发明了一种图形化的计算机编程语言及图形化程序的设计方法。

1986年,NI LabVIEW 1.0(Mac版)诞生(LabVIEW的版本历史,请参考附录A)。

二十五年来,持续不断地改进,图形化编程的方式已经逐渐演变成为现在的NI LabVIEW图形化系统设计的平台。
无可置疑,NI LabVIEW的诞生的确引发了测试、测量仪器领域的一场革命。

1.1.2 初期虚拟仪器的理念

虚拟仪器理念的诞生之初,受当时技术发展所限,虚拟仪器的主要应用体现在仪器控制方面。常被用于构建基于数字式仪表的大型自动化测试系统。

在这样的自动化测试系统中,安置在计算机上的GPIB控制器通过GPIB接口控制和管理着多台数字式测量仪器,并将仪器的测量数据不断地传送给计算机。计 算机按LabVIEW图形化程序要求对测量数据进行分析并将分析结果显示在计算机的屏幕上。自动化测试系统的基本模式参见下图。
图 1-5 虚拟仪器——自动化测量系统

图 1-6 上个世纪90年代前后NI的Logo
由于测量控制软件在自动化测量系统中不仅起着对GPIB总线地控制和管理作用,同时还可以对多台仪器的测量数据进行较为复杂的分析和处理。所以,当时的虚拟仪器理念中突出强调软件在自动化测量系统中的作用。

当时的宣传口号“软件就是仪器”几乎随处可见,甚至包括在早期NI的Logo中。
二十五年后的今天,虚拟仪器的开发和应用已经得到了长足进步和发展。“软件就是仪器”的提法已经被全新的理念逐渐所取代。
其实,虚拟仪器理念的转变得益于现代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术获得的突破性进展。正因为如此,以这些技术为依托的虚拟仪器也得到了不断地发展,从而导致电子测量仪器进入到一个创新的发展阶段。

1.1.3 现代虚拟仪器的理念

上个世纪未,随着计算机技术、微电子技术和数字信号处理等相应技术的飞速发展,虚拟仪器的构成发生了很大的变化,从而导致了虚拟仪器理念也发生了根本性的改变。
现阶段关于虚拟仪器的定义存在着许多相类似的说法:
  1. 在NI的帮助文档中还可以看到这样的说法:“LabVIEW程序又称虚拟仪器,即VI。其外观和操作均模仿现实仪器,如示波器和万用表。每个VI都使用函数从用户界面或其它渠道获取信息输入,然后将信息显示或传输至其它文件或计算机。”
  2. 在 清华大学出版社2008年出版的《虚拟仪器设计基础教程》[4]一书中第3.1节中也谈到:目前对于虚拟仪器的概念还没有统一定义。书中还提到NI公司认 为:虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统,是一种计算机操纵的模块化仪器系统。

依据当前虚拟仪器的发展状况,我们认为基本上可以这样来表述:虚拟仪器——基于计算机的测试测量和自动化仪器(系统)。
这样的表述是基于下面的观点:
  • 虚拟仪器所表述的内容
从虚拟仪器表述的内容来看,它应该所指是:电子测量仪器中的某一个仪器种类,并非指某种特定的仪器。事实上,它被用来区分传统仪器。无论虚拟仪器还是传统仪器,二者所表达的概念是相同的,都是用来表示基本构成不同的某类测量仪器。

  • 虚拟仪器的测量特性
无论传统仪器还是虚拟仪器其本质区别就是基本构成不同。从测量的角度来分析:对于同一个被测量,具有相同功能的测量仪器,无论是传统仪器还是虚拟仪器它的测量结果都应该是一致的。所以无论虚拟仪器还是传统仪器,我们在评价其测量特性时,会依据相同的技术标准。

  • 基于计算机的测试测量本身已包含软件和硬件
因 为基于计算机的测试测量本身就包含了软件和硬件部分,所以就不必特意强调“软件就是仪器”或者特殊强调“硬件模块”的作用。正是在计算机上实现了测试测 量。所以传统仪器前面板上的许多硬件都可以通过软件来模拟实现。比如像传统仪器前面板上的按键、开关、图形指示器、旋钮等等。这种方式必定会大大降低测量 仪器的成本,并提高了仪器的使用寿命,同时大大提高了设计开发效率。

综上所述,虚拟仪器是与传统仪器是基本构成不一样的同一类测量仪器,是一种创新的仪器设计思想的产物。
图 1-7 传统仪器(上)与虚拟仪器(下)的面板
依据虚拟仪器的理念,它是如何与计算机结合的,它又包含那些组成部分呢?
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关键词: 虚拟仪器诞生

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