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（4）系统软件设计 选择软件开发环境； 底层驱动设计； 上层应用软件设计（用户界面设计、测量数据分析与处理、算法设计、测量结果表达）。 （5）软硬件集成与调试 功能测试； 指标测试； 系统优化。 1.6 虚拟仪器技术应用 1. 应用广泛 从军事到民用； 特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。 测试测量 工业自动化 声学测试 设备测试 工业自动化 食品加工 汽车测试 生物医学研究 控制工程 机器视觉 计量校准 电子与非电子测试 石油和天然气工程 制药生产 光纤校准 光学度量和测定 工业机器人 过程自动化 研发调试 半导体测试 SCADA 统计流程控制 通信测试 振动测试 晶片传送手臂 机械制造 本章参考文献 [1] NI公司网站： [2] 赵会兵，虚拟仪器技术规范与系统集成，清华大学出版社、北方交通大学出版社，2003.8 [3] 古天祥、王厚军等，电子测量原理，机械工业出版社，2004.9 [4] 陈长龄、田书林等，自动测试及接口技术，机械工业出版社，2005.2 [5] 袁渊、古军、习友宝等 虚拟仪器基础教程 电子科技大学出版社 2002 * 《虚拟仪器技术》 第*页 第1章 虚拟仪器概述 本章概述 1.1 虚拟仪器的基本概念 1.2 虚拟仪器的形成和发展 1.3 虚拟仪器的系统结构 1.4 虚拟仪器的软件系统 1.5 虚拟仪器系统设计及系统集成 1.6 虚拟仪器技术应用 本章总结 1.1 虚拟仪器的基本概念 1. 虚拟仪器的定义 传统仪器：特定功能和仪器外观。 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。 如：虚拟示波器 虚拟数字电压表 基于虚拟仪器的 温度检测与控制 2. 虚拟仪器的特点 从虚拟仪器的组成结构上来看： （1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件）； （2）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）； （3）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。 （4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板； 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI 提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。 与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点： （1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好； 充分利用计算机丰富的软硬资源。 仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。 仪器升级方便，性价比高（一机多用）。 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。 （2）操作方便； 通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。 （3）硬件模块化、系列化； 基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。 比较内容 虚拟仪器 传统仪器 系统构成 软件和通用硬件。软件是关键 专用硬件系统 开发周期 开发时间短、技术要求低、系统通用性强 开发时间长、技术要求高、系统功能较专一 开发费用 软件使得开发和维护费用降至最低 开发与维修开销高 技术更新周期 短（1~2年） 长（5~10年） 价格 价格低、可复用与可重配置性强 价格昂贵 功能可塑性 用户定义仪器功能，柔性 厂商定义仪器功能，刚性 系统开放性 开放、灵活，与计算机技术同步发展 封闭、固定 构成复杂系统能力 易与网络及其他周边设备互连 功能单一的独立设备 人机交互 无限的显示选项、界面友好 有限的显示选项 虚拟仪器与传统仪器的比较： 1.2 虚拟仪器的形成和发展 1. 虚拟仪器形成的背景 （1）电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系统(Automatic Test System, ATS)的发展 （2）仪器与自动测试系统总线技术 总线（bus）：信号或信息传输的公共路径。 片内总线：微处理器芯片内连接内部各逻辑单元； 片间总线：元件级总线（如典型的微机“三总线结构”）。还有串行总线，如：Motorola的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）、Philips的I2C（Inter IC bus，片间总线）、NS的MicroWire（串行同步双工通信接口）等。 内总线：板级总线。如个人计算机的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI，及工业控制的STD