虛擬儀器設(shè)計(jì) 1 – 虛擬儀器概念

傳統(tǒng)設(shè)備與計(jì)算機(jī)的結(jié)合通常有兩個(gè)方向，一是以計(jì)算機(jī)為主體，在計(jì)算機(jī)上添加某些必要硬件設(shè)備，完成傳統(tǒng)設(shè)備的功能；二是以傳統(tǒng)設(shè)備為基礎(chǔ)，在其上添加計(jì)算機(jī)軟硬件。以電話為例，它的發(fā)展方向：一是為計(jì)算機(jī)配備耳機(jī)、麥克風(fēng)、攝像頭等硬件，然后直接通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行語音、視頻通訊；其二，是把外形和功能都縮減后的計(jì)算機(jī)直接安裝到電話上，并在安裝上相應(yīng)的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，成為智能手機(jī)。

不論采用哪種融合方式，傳統(tǒng)設(shè)備的功能都被革命性的增強(qiáng)了，而其成本卻不斷降低。比如說，在計(jì)算機(jī)上，可以把電話的單純語音通話功能擴(kuò)展為語音視頻交流，而起每次通訊的邊際成本幾乎為零；時(shí)下流行的各種手機(jī)，在嵌入計(jì)算機(jī)設(shè)備后，除了用于通話，更可以用來娛樂甚至辦公。這些都是傳統(tǒng)電話所不能比擬的。

圖 1傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的結(jié)構(gòu)

在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域，測(cè)試儀器經(jīng)歷了與電話及其類似的發(fā)展過程。它們或者被植入CPU、內(nèi)存、安裝上軟件，具備了計(jì)算機(jī)的基本功能；或者被拆解開來，取其核心部件插入到計(jì)算機(jī)中去，使計(jì)算機(jī)具備測(cè)試功能。這兩種發(fā)展方向都使得儀器的功能更強(qiáng)大，速度更快。但其區(qū)別之處在于，把儀器移植到計(jì)算機(jī)上，更多考慮的是降低成本；而把計(jì)算機(jī)移植到儀器上，則更多的是為了滿足儀器小型化的需要。

在計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)大到一定程度之后，以“虛擬”為前綴的各項(xiàng)技術(shù)開始紛紛出現(xiàn)，比如虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)、虛擬儀器等。虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)表現(xiàn)真實(shí)世界；虛擬機(jī)是指在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上模擬多臺(tái)計(jì)算機(jī)；同樣虛擬儀器是指在計(jì)算機(jī)上完成儀器的功能。

虛擬儀器的概念是相對(duì)于傳統(tǒng)儀器來說的。記得以前上學(xué)做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常用到萬用表、示波器等儀器，它們每臺(tái)儀器就是一個(gè)固定的方盒子，它們所有的測(cè)量功能都在這個(gè)盒子內(nèi)完成，這就是所謂的傳統(tǒng)儀器。而進(jìn)入到虛擬儀器時(shí)代，這種單一功能的方盒子開始逐漸被電腦所取代。

傳統(tǒng)儀器的方盒子，用戶看不到其內(nèi)部，更無法改變其結(jié)構(gòu)。因此，一臺(tái)傳統(tǒng)儀器一旦離開它生產(chǎn)線后，其功能和外觀就固定下來了。用戶只能利用一臺(tái)傳統(tǒng)儀器完成某個(gè)功能固定的測(cè)試任務(wù)。一旦測(cè)試需求改變，則必須再次購(gòu)買滿足新需求的儀器。

而虛擬儀器的最大優(yōu)勢(shì)則在于，它除了基礎(chǔ)的信號(hào)采集部分，其它軟硬件全部采用通用的計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備。這些通用的軟硬件設(shè)備可以以低廉的價(jià)格進(jìn)行升級(jí)，或者被使用者按自己意愿進(jìn)行配置。比如，在虛擬儀器上，用戶可以通過升級(jí)CPU來加快儀器的處理速度、可以自己編寫程序來改變儀器的測(cè)試功能和交互界面。