虛擬儀器系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)

圖1虛擬儀器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

雖然軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的主體，但硬件仍然是整個系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分。硬件主要負(fù)責(zé)將被測量物理信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字信號數(shù)據(jù)，而軟件系統(tǒng)一方面負(fù)責(zé)控制硬件的工作，一方面又負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、顯示和存儲。

設(shè)計虛擬儀器的硬件部分時需要考慮多種因素，以下列舉其中最主要的幾個：

l 被測量物理信號的特性。不同的物理信號需要使用不同類型的傳感器將其轉(zhuǎn)換為可供電腦分析的數(shù)字電信號，而不同的傳感器又需要配備不同的信號調(diào)理模塊。某些早期虛擬儀器系統(tǒng)直接通過GPIB等總線與傳統(tǒng)儀器相連，利用傳統(tǒng)儀器的硬件部分轉(zhuǎn)換和采集被測信號。

l 硬件技術(shù)指標(biāo)。不同檔次的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以支持的采樣率、分辨率以及精度等都有差別。通常，一套系統(tǒng)會選取能夠滿足測量需要的最低級別硬件或是不超出資金預(yù)算的最高級別硬件。

l 滿足應(yīng)用需求。根據(jù)虛擬儀器系統(tǒng)工作環(huán)境的不同，需要為系統(tǒng)選擇不同種類的運(yùn)算、控制單元。比如，工作在惡劣環(huán)境下的虛擬儀器系統(tǒng)需要采用工業(yè)級別計算機(jī)作為載體；被放置在工業(yè)現(xiàn)場狹小空間內(nèi)的虛擬儀器需要采用嵌入式系統(tǒng)；需要滿足多種測量功能的虛擬儀器系統(tǒng)可以選用PXI機(jī)箱作為載體。

設(shè)計虛擬儀器系統(tǒng)的軟件部分首先需要考慮的是使用何種開發(fā)平臺。開發(fā)平臺的選擇，一要考慮系統(tǒng)硬件的限制，二要考慮軟件開發(fā)的周期和成本。

某些硬件只支持特定的開發(fā)軟件，比如某些嵌入式系統(tǒng)必須使用Linux操作系統(tǒng)和C編程語言。一般來說基于臺式機(jī)的虛擬儀器系統(tǒng)對開發(fā)軟件的支持更全面，可以選擇Windows或其它操作系統(tǒng)，可以選擇LabVIEW、VB 、VC等各種常用編程語言。這其實也是在硬件設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮的因素，選擇虛擬儀器硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)盡量選擇有完善軟件支持的硬件設(shè)備。

各種開發(fā)軟件的適用場合、難易程度都不盡相同。選擇一種最為廣泛應(yīng)用的開發(fā)語言，可以提高軟件開發(fā)效率，節(jié)省開發(fā)成本，保證系統(tǒng)質(zhì)量。

根據(jù)TIOBE（www.tiobe.com）公司統(tǒng)計的各類編程語言的使用情況，近年來Java、C、C++始終是使用的最為廣泛的編程語言。但就測試測量領(lǐng)域來說，情況并非如此。在測控領(lǐng)域，使用最為廣泛的編程語言是LabVIEW（圖 2），它也是開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)的首選編程語言。

圖2 Reed機(jī)構(gòu)2005年對測控領(lǐng)域常用軟件的統(tǒng)計結(jié)果