虚拟仪器系统的软硬件结构

图1虚拟仪器系统的层次结构

虽然软件是虚拟仪器系统的主体，但硬件仍然是整个系统最基础的部分。硬件主要负责将被测量物理信号转换为二进制的数字信号数据，而软件系统一方面负责控制硬件的工作，一方面又负责对采集到的数据进行分析处理、显示和存储。

设计虚拟仪器的硬件部分时需要考虑多种因素，以下列举其中最主要的几个：

l 被测量物理信号的特性。不同的物理信号需要使用不同类型的传感器将其转换为可供电脑分析的数字电信号，而不同的传感器又需要配备不同的信号调理模块。某些早期虚拟仪器系统直接通过GPIB等总线与传统仪器相连，利用传统仪器的硬件部分转换和采集被测信号。

l 硬件技术指标。不同档次的数据采集设备可以支持的采样率、分辨率以及精度等都有差别。通常，一套系统会选取能够满足测量需要的最低级别硬件或是不超出资金预算的最高级别硬件。

l 满足应用需求。根据虚拟仪器系统工作环境的不同，需要为系统选择不同种类的运算、控制单元。比如，工作在恶劣环境下的虚拟仪器系统需要采用工业级别计算机作为载体；被放置在工业现场狭小空间内的虚拟仪器需要采用嵌入式系统；需要满足多种测量功能的虚拟仪器系统可以选用PXI机箱作为载体。

设计虚拟仪器系统的软件部分首先需要考虑的是使用何种开发平台。开发平台的选择，一要考虑系统硬件的限制，二要考虑软件开发的周期和成本。

某些硬件只支持特定的开发软件，比如某些嵌入式系统必须使用Linux操作系统和C编程语言。一般来说基于台式机的虚拟仪器系统对开发软件的支持更全面，可以选择Windows或其它操作系统，可以选择LabVIEW、VB 、VC等各种常用编程语言。这其实也是在硬件设计时应当考虑的因素，选择虚拟仪器硬件系统的结构时，应当尽量选择有完善软件支持的硬件设备。

各种开发软件的适用场合、难易程度都不尽相同。选择一种最为广泛应用的开发语言，可以提高软件开发效率，节省开发成本，保证系统质量。

根据TIOBE（www.tiobe.com）公司统计的各类编程语言的使用情况，近年来Java、C、C++始终是使用的最为广泛的编程语言。但就测试测量领域来说，情况并非如此。在测控领域，使用最为广泛的编程语言是LabVIEW（图 2），它也是开发虚拟仪器系统的首选编程语言。

图2 Reed机构2005年对测控领域常用软件的统计结果