[科普中国]-虚拟仪器

根据概念创建者美国国家仪器公司（National Instruments）的定义，虚拟仪器（英语：Virtual instrumentation）技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色 的集成这四大优势。

简介根据概念创建者美国国家仪器公司（National Instruments）的定义，虚拟仪器（英语：Virtual instrumentation）技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色 的集成这四大优势。1

LabVIEWLabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentationEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果计算机上发表。LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。图形化程序与传统编程语言之不同点在于程序流程采用"数据流"之概念打破传统之思维模式，使得程序设计者在流程图构思完毕的同时也完成了程序的撰写。

LabVIEW率先引入了特别的虚拟仪表的概念，用户可透过人机界面直接控制自行开发之仪器。此外LabVIEW提供的库包含：信号截取、信号分析、机器视觉、数值运算、逻辑运算、声音震动分析、数据存储...等。目前可支持Windows，UNIX，Linux，Mac OS等操作系统。由于LabVIEW特殊的图形程序简单易懂的开发接口，缩短了开发原型的速度以及方便日后的软件维护，因此逐渐受到系统开发及研究人员的喜爱。目前广泛的被应用于工业自动化之领域上。LabVIEW默认以 多线程运行程序，对于程序设计者更是一大利器。此外LabVIEW通信接口方面支持：GPIB，USB，IEEE1394，MODBUS，串列端口，并发端口，IrDA，TCP，UDP，Bluetooth，.NET，ActiveX，SMTP...等接口。

近年来 LabVIEW 除了可以在 PC 上面撰写之外，另外支持即时系统（Real-time OS）以及可编程逻辑门数组（Field Programmable Gate Array, FPGA）。用户可以透过 LabVIEW 开发环境设计、编译程序后下载至微处理器（Micro-processor）或 FPGA芯片，最终达到独立运作（Stand-alone）的功能。但目前主要还是支持 NI 自行生产的嵌入式系统系列产品，通称 NI-RIO 系列产品。比如：PCI/PXI R系列 DAQ卡片、CompactRIO、single-boardRIO、myRIO...等。

数据流编程LabVIEW编程语言，也被称为G语言，是一种数据流编程语言。程序员通过绘制导线连接不同功能的节点，图形化的程序框图（LV源代码）结构决定程序如何执行。这些线传递变量，所有的输入数据都准备好之后，节点便马上执行。这可能出现同时使用多个节点的情况，G语言天生地具有并行执行能力。内置的调度算法自动使用多处理器和多线程硬件，可以跨平台地在可运行的节点上复用线程。

图形化编程LabVIEW将创建用户界面（称为前面板）的工作自然地融合到开发周期当中。LabVIEW的程序/子程序被称为虚拟仪器（VI）。每个VI都有三个组成部分：程序框图（Block Diagram）、前面板（Front Panel）和图标/连接器（Icon/Connector）。连接器是用来供其他的程序框图调用本VI之用。程序员可以利用前面板上的控制控件将数据输入正在运行的VI，或者用显示控件将运算结果输出。前面板还可以作为程序的接口：每个虚拟仪器（VI）既可以把前面板当作用户界面，作为一个程序来运行；也可以作为一个节点放到另一个VI程序框图中，通过连接器面板连接起来，而前面板则定义VI的输入和输出。这意味着每个VI，在作为子程序嵌入到一个大型的项目之前，都可以很方便地进行测试。

图形化的方法还允许非程序员通过拖放虚拟化形式的VI的方法来生成程序，控制他们已经熟悉的实验室设备。在LabVIEW编程环境下，借助已经提供的大量例程和文档，可以很容易地创建小型应用程序。这是好的一方面，另一方面，低估编写高质量的“G”语言所需的专业技能知识仍会带来一定的危险性。编写复杂的算法或大规模的代码，有一点很重要，那就是程序员需要对LabVIEW特殊的语法具有广泛的了解，并且通晓LabVIEW内存管理的拓扑结构。最先进的LabVIEW开发系统提供了创建独立应用程序的可能性。此外，还可以创建分布式应用，通过客户机/服务器模式进行通信。由于G语言天生的并行性特性，这很容易实现。

计时系统LabVIEW使用1904年1月1日（Epoch参考日期）作为“零”（起始）时间。使用1904年1月1日作为起始时间的软件还有苹果公司的Mac OS 9，Palm OS，MP4，Microsoft Excel（可选）。1

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学