随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，以计算机和信息处理为中心的自动测试系统在科学研究和实际工程领域都得到了广泛的应用。虚拟仪器就是自动测试系统的典型代表。

　　一、自动测试系统

　　自动测试系统由硬件和软件两部分组成，硬件功能模型如图1所示，自动测试的软件模型如图2所示。

　　从上可知，计算机在测试过程中的控制、分析、显示、存储等方面的强大能力，使其成为测试仪器不可分割的重要组成部分，并将整个测试系统融为一体，从而形成了虚拟仪器的思想。

　　二、虚拟仪器系统

　　从20世纪70年代提出智能仪器的概念到目前*新发展的虚拟仪器的思想，人们对测量仪器功能设计和应用的认识呈现出不断发展和深化的过程。从通用接口总线(GPIB)到个人仪器，再发展到图型化编程环境Labview、HP VEE等，使得虚拟仪器的思想为工业界所接受，促进了相关硬件和软件技术的发展。“软件就是仪器”，它能*本质地刻画出虚拟仪器的特征。

　　所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据需求来定义和设计仪器的测试功能，其实质是充分利用计算机的*新技术来实现和扩展传统仪器的功能。

　　1.虚拟仪器的组成

　　虚拟仪器系统的构成有多种方式，主要取决于系统所采用的硬件和接口方式，其基本构成如图3所示。

　　2.虚拟仪器的功能

　　虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号，可分为两类：一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。*简单的是基于PC总线的插卡式仪器，也包括带GPIB接口和串行接口的仪器;另一类是用于高可靠性的关键任务，如航空、航天、国防等应用的**VXI仪器。虚拟仪器系统将不同功能、不同特点的硬件构成为一个新的仪器系统，由计算机统一管理、统一操作。软件的功能定义了仪器的功能。因此，虚拟仪器*重要、*核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。作为面向仪器的软件环境应具备以下特点：一是软件环境是针对测试工程师而非专业程序员，因此。编程必须简单,易于理解和修改;二是具有强大的人机交互界面设计功能，容易实现模拟仪器面板;三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析功能，提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。

　　3.虚拟仪器的特点

　　与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，具体表现为：

　　(1)智能化程度高，处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。

　　(2)复用性强，系统费用低。应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。

　　(3)可操作性强。虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印，显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高。

　　4.虚拟仪器的数据采集(DAQ)方式

　　从虚拟仪器的定义来说，它更多地强调软件在仪器中的应用，但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持，信息的获取仍需要通过硬件来实现。目前，虚拟仪器的类型主要取决于仪器所采用的接口总线类型。从仪器与计算机采用的总线连接方式的不同，可分为内插卡式和外接机箱式两大类。内插卡式就是将各种数据采集卡插入计算机扩展槽，再加上必要的连接电缆或探头，就可形成一个仪器。外接机箱式采用背板总线结构，所有仪器都连接在总线上或采用外总线方式，用外部主控计算机来实现控制。这种类型的虚拟仪器以VXI仪器为典型代表。无论哪种虚拟仪器，都离不开数据采集硬件的支持。图4描述了插入式DAQ的组成。通常一块DAQ卡可以完成多种功能，包括A/D、D/A转换，数字输入/输出以及计数器操作等。数据采集系统的功能模块如图5所示。使用模块化的设计思想完成特定任务，会使用户程序的更新组织易于控制和实现。

　　三、虚拟仪器技术的发展

　　虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的**。在虚拟仪器技术发展中有两个突出的标志，一是VXI总线标准的建立和推广;二是图形化编程语言的出现和发展。前者从仪器的硬件框架上实现了设计先进的分析与测量仪器所必须的总线结构，后者从软件编程上实现了面向工程师的图形化而非程序代码的编程方式，两者统一形成了虚拟仪器的基础规范。

　　1.硬件技术的发展

　　要保证虚拟仪器具备与传统仪器匹配的实时处理能力和可靠性，很重要的一点是取决于传输测量数据的总线结构。在虚拟仪器中，其分析功能是由计算机来完成的或由计算机来控制的。因此，接口、总线的速度

　　和可靠性是关键，VXI总线标准的建立，使得用户可以像仪器厂商一样，从访问寄存器这样的低层资源来设计和安排仪器功能，也使得用户化仪器功能设计得以实现。VXI总线的出现，使得虚拟仪器设计有了一个高可靠性的硬件平台。目前已出现了用于射频和微波领域的**VXI仪器。当然，采用普通PC总线，尤其是工业PCI总线的虚拟仪器也在不断发展，这类虚拟仪器主要面向一般工业控制，过程监测和实验室应用。

　　2.软件技术的发展

　　除了硬件技术外，软件技术的发展和有关国际标准的建立，也是推动虚拟仪器技术发展的决定性因素之一，在GPIB接口总线出现以后，关于程控仪器的句法格式、信息交换协议和公用命令的标准化，一直是人们关心的问题。标准程序命令(SCPI)标准的建立，向解决程控命令与仪器厂家无关这一目标迈进了重要的一步。随着虚拟仪器思想的深入，用户自己开发仪器驱动器已成为技术发展的客观要求。过去仪器驱动都是由仪器厂家专门设计，缺乏标准，使得用户在仪器软件方面的投资得不到保护。为此，国际上专门制定了虚拟仪器软件体系(VISA)标准，建立了与仪器接口总线无关的标准I/O软件，与Labview、HP VEE、Labwindows等先进开发环境�