文章介绍了虚拟仪器概念，分析测试系统与仪器的演变过程及其特点,*后介绍虚拟仪器的软硬件结构。
虚拟仪器；测试系统与仪器；软硬件结构
一、虚拟仪器概念
“虚拟仪器技术”(VirtualInstrumentation)的概念由美国国家仪器公司NI首先提出。所谓虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义的、具有虚拟仪器面板的、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器是利用计算机显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理。
虚拟仪器是测控技术和计算机技术深层次相结合的产物，它使测量仪器与计算机的界线模糊了。虚拟仪器本质上是虚拟现实技术在仪器领域的应用结果。采用虚拟仪器技术，通过把各种硬软件以及附备件进行合理搭配，就可以将计算机变成一台综合的测试仪器，在各种测试和工业自动化领域中得以应用。虚拟仪器通常由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。虚拟仪器中的“虚拟”主要包括以下两方面的含义。
（一）面板虚拟
虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“部件”所完成的功能是相同的。使用者用鼠标操作虚拟仪器面板，看起来就如同使用一台专用测量仪器。
（二）功能由软件编程实现
在以计算机为核心组成的硬件平台支持上，通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。于是在硬件平台确定后，出现了“软件就是仪器”的概念。“软件就是仪器”体现了测试技术与计算机深层次的结合。
二、演变过程与特点
（一）测试系统与仪器演变过程
越来越复杂的测试条件、高度自动化的工业化大生产、现代航空航天、**装备和武器系统试验迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器与系统。从模拟技术向数字技术过渡；从单台仪器向多种功能仪器组合过渡；从简单的功能组合向以计算机为核心的通用虚拟测试平台过渡；测试系统与仪器的功能从过去完全由硬件实现，向部分功能由软件实现过渡；上述这些变化代表了当今电子测试系统与仪器的发展方向。
电子测试系统与仪器经历了由模拟系统与仪器，带IEEE488接口的外挂叠放式智能系统与仪器到全部可编程VI系统与仪器的发展历程。其演变过程如图1所示。
虚拟仪器技术引入到当今计算机测试领域，使数据采集和工业控制自动化技术发生了重大的变革。无论是传统仪器还是虚拟仪器在所实现的功能上大同小异，二者的不同之处在于虚拟仪器具有开放性的构成方式，即具有灵活性和功能的可重构性。
虚拟仪器由用户根据需要自己定义、自行组合而成。它可以是一台数字多用表，也可以是一台示波器，还有可能是一台信号源，或者为同时具有这些设备的所有功能甚至于更多的功能为一体的一台综合仪器。
计算机是构建虚拟仪器的基础，对于工业控制自动化来讲，计算机已成为一种功能强大、价格低廉的运行平台，而且由于计算机的性价比不断提高，使得虚拟仪器的价格更能为广大用户所接受。
（二）虚拟仪器特点
任何一台仪器，一般都由信号的采集、信号的分析处理、测试结果的输出三大功能构成。在虚拟仪器系统中，强调“软件构成仪器”的概念，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键，用户可以根据自己需要定义仪器的功能，通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，并可方便地同外设、网络及其它应用连接。
虚拟仪器的硬件是计算机和为其配套的仪器硬件模块，通过计算机与为其配置的仪器硬件模块组成通用的测量平台。用户是通过图形控制界面以鼠标操作方式来调控虚拟仪器的性能，就像在操作自己定义、自己设计的一台电子仪器。测量信号时是借助测试软件的调控，经由测量硬件平台的采集，再经计算机的处理，得到*终的测试结果，并以数据、曲线、图形甚至是多维测试结果模型，显示在计算机的终端显示器上。当然，测试结果也可以直接记录保存或通过计算机网络传输。传统仪器与虚拟仪器的比较如表1所示：
虚拟仪器作为一种新型的仪器种类，具有以下特点：
1．增强仪器系统功能和灵活性;
虚拟仪器作为一种新型的仪器种类，具有以下特点：
1．增强仪器系统功能和灵活性；
2．实现网络化设计；
3．开放式体系结构、缩短系统开发周期；
4．可灵活组成虚拟仪器实验室；
5．数据存储方便；
6．可集成为多功能的综合测试系统。
三、虚拟仪器结构
（一）虚拟仪器硬件结构
虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。其中通用仪器硬件平台又由计算机和I/O接口设备两部分组成。
计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如PC计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机、工控机等。计算机用于管理虚拟仪器的硬软件资源，是虚拟仪器的硬件基础和核心。
虚拟仪器构成如图2所示。它包括计算机、虚拟仪器应用软件和硬件接口。硬件接口种类包括数据采集卡、IEEE488接口卡、串行口、并行口、插卡式仪器以及其它接口卡。在虚拟仪器系统中，PC数据采集系统是构成虚拟仪器系统*基本的方式，也是*廉价的方式。
图2 虚拟仪器构成框图
（二）虚拟仪器软件结构
构成一个虚拟仪器系统，在基本硬件确定以后，就可通过不同的软件实现不同的功能。软件是虚拟仪器系统的关键，根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构包括仪器I/O接口软件、驱动程序和应用软件三部分。
1．I/O接口软件。I/O接口软件存在于仪器(即I/O接口设备)与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础与核心。
2．仪器驱动程序。每个仪器模块均有自己的仪器驱动程序。仪器驱动程序的实质是为用户提供用于仪器操作的较抽象的操作函数集。应用程序对仪器的操作是通过仪器驱动程序来实现的，仪器驱动程序对于仪器的操作与管理，又是通过I/O软件所提供的统一基础与格式的函数库(VISA)的调用来实现的。虚拟仪器驱动程序是连接上层应用程序与底层I/O接口软件的纽带和桥梁。
3．应用软件开发环境。应用软件开发环境的选择因人而异，一般取决于开发人员的喜好，但*终都必须提供给用户一个界面友好、满足用户功能要求的应用程序。目前，可供开发人员选择的虚拟仪器系统应用软件开发环境主要包括两种：
（1）基于传统的文本语言式的平台。主要是NI公司的LabWindows/CVI、Microsoft公司的VisualC++、Borland公司的Delphi等。
（2）基于图形化编程环境的平台。如NI公司的LabVIEW和HP公司的HPVEE等。