1.2 虚拟仪器的概念

什么是虚拟仪器？虚拟仪器（Virtual Instrument, VI）就是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件，以及用于数据分析、过程通信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。

狭义的虚拟仪器概念主要是在测量与测试系统的范畴内，通过软件定义通用硬件的功能，从而实现不同的自定义功能。

广义的虚拟仪器概念可进一步扩展到自动控制等领域，只要是通过软件定义模块化硬件功能，从而满足自定义应用需求的系统，都可以看作虚拟仪器技术的应用。

虚拟仪器一般可概括为3大功能模块，即数据采集、数据测试和处理、结果表达和仪器控制。虚拟仪器的工作原理框图如图1-1所示。

图1-1 虚拟仪器工作原理框图

虚拟仪器的“虚拟”一方面体现在它的虚拟面板上的控件是与实物外形相似的图标，其操作对应着相应的软件程序，使用鼠标或键盘来操作；另一方面体现在，它对被采集到的数据可以根据应用场景的需要，通过编程方式进行多样化的重新构建，来实现不同的功能。

图1-2所示为传统测量仪器，它的特点是：固定的硬件配置，由仪器厂商定义好的测量功能，固定的用户界面，部分仪器可连接计算机，以基于通信包的形式将结果传给计算机。

图1-3所示为新一代的虚拟仪器系统，它的特点是：用户可自定义测量功能，自定义用户界面，模块化硬件，与基于计算机的控制器连接（多通过高速内部总线），实时数据传输。

虚拟仪器与传统仪器相比有其独特的优势。

1）虚拟仪器出厂时只具备基本硬件和驱动软件，具体测量功能可由用户自行设计。

2）虚拟仪器的软/硬件模块化、标准化程度高，具有很好的开放性，便于用户组建和配置。

3）虚拟仪器将信号测量、分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理，丰富和增强了传统仪器的功能。

图1-2 传统测量仪器

图1-3 新一代的虚拟仪器系统

4）虚拟仪器可方便地与网络、外设或其他设备进行连接，构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控和诊断，可节约仪器的购买和维护费用，利用网络实现数据共享。

5）虚拟仪器的软/硬件模块可重复利用，功能易于扩展，管理规范，可降低生产、维护和开发费用。

6）虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高。