虚拟仪器和传统仪器有哪些地方不一样？应用系统能否兼容使用？

虚拟仪器技术利用了快速发展的PC架构，高性能的半导体数据转换器，以及引入了系统设计软件，使得在提升了技术能力的同时降低了成本。

虚拟仪器（Virtual Instrument， VI）与传统仪器（如示波器、频谱仪、万用表等）是仪器测量领域中两种不同的架构和实现方式。它们的主要区别和兼容性如下：

核心区别：

核心架构：
- 传统仪器： 基于专用硬件。仪器内部包含专门设计的模拟/数字电路、信号调理、数据处理硬件以及一个嵌入式处理器。功能是由固化在硬件上的嵌入式软件或固件实现的。用户界面通常是物理的旋钮、按钮和显示屏。
- 虚拟仪器： 基于通用硬件 + 核心软件。核心组件包括：
  - 通用计算平台： 通常是个人电脑（PC）、工控机或嵌入式计算机。
  - 测控硬件接口： 数据采集（DAQ）卡、外部仪器接口（如GPIB, USB, LXI, PXI卡等）、信号调理模块、传感器等。硬件主要负责信号的获取和数字化/输出。
  - 核心软件： 运行在通用计算平台上的专门软件。这些软件（如NI LabVIEW, NI LabWindows/CVI, Keysight VEE, MATLAB仪器控制工具箱等）提供图形化编程环境（G语言等）、数据分析库、数据可视化工具以及与硬件通信的驱动程序和API。软件定义仪器的功能和行为，处理、分析、显示数据并发出控制指令。
功能定义：
- 传统仪器： 功能由仪器制造商设计和固化。用户通常只能使用预设的功能，通过前面板或有限的软件接口进行操作。升级或改变功能一般需要硬件更新或固件升级，但范围和灵活性有限。
- 虚拟仪器： 功能由软件定义。用户可以通过编程自定义仪器的所有方面：
  - 创建独特的用户界面（软面板）。
  - 实现复杂的信号处理算法（滤波、FFT、调制解调等）。
  - 定制数据分析和报告生成。
  - 设计自动化的测试流程。
  - 轻松扩展或修改功能，只需要修改软件代码。这是其最核心的优势。
灵活性与扩展性：
- 传统仪器： 灵活性较低。通常只能执行其特定的设计功能，集成到更大的系统需要通过其标准接口（如GPIB, USB等）。
- 虚拟仪器： 极其灵活和可扩展。得益于开放的通用计算平台和软件：
  - 可以轻松集成多种硬件模块（不同的DAQ卡、各种接口的传统仪器）。
  - 可以与数据库、网络、企业系统无缝集成。
  - 可以轻松更新软件以添加新功能或算法。
  - 更容易实现自动化测试系统（ATE）和复杂的大规模数据采集系统。
开发与维护成本：
- 传统仪器： 初始购买成本通常较高（因含专用硬件）。如果针对特定应用需要多台专用仪器，成本会显著增加。维护通常需要送回原厂或专业维修。
- 虚拟仪器： 初始软件和开发成本可能较高，但硬件重用性高。同样的PC和基本接口硬件可用于多种虚拟仪器应用。长期来看，维护成本可能更低（软件更新为主，通用硬件更换成本相对较低）。
用户界面：
- 传统仪器： 物理前面板（按钮、旋钮、专用屏幕）。
- 虚拟仪器： 图形用户界面（GUI），完全在PC屏幕上显示（软面板），可自由设计布局、控件和数据显示方式。
性能与尺寸：
- 传统仪器： 对于高速、高精度、低噪声的专门应用（如高频微波测量），经过优化的专用硬件可能提供最高性能。通常为独立、便携式机箱。
- 虚拟仪器： 性能取决于所选用的通用硬件（PC处理速度、总线速度、DAQ卡性能等）和软件效率。对于大多数工业测试测量需求已能满足。通常依赖于PC，体积可能较大（但在PXI等模块化平台下也可以很紧凑）。

应用系统能否兼容使用？

完全可以兼容使用！ 实际上，将传统仪器整合到以虚拟仪器软件为核心的系统中是非常普遍且成熟的做法。这被称为混合仪器系统或基于计算机的测量系统。

兼容性如何实现：

仪器控制接口： 几乎所有的现代和许多旧的传统仪器都提供了标准的通信接口：
- GPIB (IEEE 488.2): 经典的高速仪器控制总线。
- USB: 通用串行总线，支持设备即插即用。
- LAN / Ethernet (LXI): 基于以太网的仪器控制标准，支持网络连接和远程控制。
- RS232 / RS485: 串行通信接口（较少用于新设备）。
- PXI / PXIe: 模块化仪器平台总线。
仪器驱动程序：
- 仪器制造商驱动： 仪器供应商通常提供适合各种主流编程环境（LabVIEW, .NET, Python, C++等）的驱动程序（VISA库、IVI驱动器等）。这些驱动封装了与特定仪器通信和控制的所有细节。
- 标准与框架 (IVI, VISA):
  - VISA (Virtual Instrument Software Architecture): 一个统一的底层API，用于通过不同接口（GPIB, USB, TCP/IP等）与仪器通信。
  - IVI (Interchangeable Virtual Instruments): 定义了标准的仪器类（如示波器类、电源类、万用表类）和编程接口。使用IVI驱动，同一类别的仪器（即使不同品牌）在软件中可以互换，只需切换底层驱动，程序几乎不用修改。
虚拟仪器开发软件的能力： LabVIEW等主流虚拟仪器软件平台内置了强大的仪器控制能力：
- 内置VISA支持。
- 内置大量标准仪器驱动库（很多可直接安装使用）。
- 提供调用驱动程序函数的图形化节点或代码接口。
- 提供开发软面板的工具。

如何整合使用：

将传统仪器作为VI的数据源/执行器： 这是最常见的方式。
- VI软件在PC上运行。
- 软件通过VISA或仪器驱动连接到传统仪器（例如示波器）。
- 软件发送控制命令（如设置量程、触发方式）到传统仪器。
- 软件从传统仪器读取测量数据（如波形数据）。
- 软件在PC上处理、分析、显示这些数据，或控制其他设备，或生成报告。
- 示例： 用一个VI程序控制一个传统频谱仪获取数据，用VI软件进行自定义的高级频谱分析并显示，同时控制一个传统信号源输出激励信号。
分工协作的混合系统：
- 让传统仪器专注于其最擅长的领域（如提供极高精度的电压基准、处理非常高速的信号、强化的信号调理）。
- 让VI软件专注于复杂的数据处理、高级分析、用户界面、测试流程管理、数据库集成、网络通信等功能。

总结：

核心区别： 传统仪器的核心是专用硬件，而虚拟仪器的核心是运行在通用硬件上的软件。
功能定义： 传统仪器功能固定，虚拟仪器功能由软件灵活定义。
兼容性： 完全兼容！ 通过标准通信接口（GPIB, USB, LAN/LXI等）和仪器驱动（VISA, IVI），虚拟仪器软件可以非常方便地控制、集成和协同使用传统仪器，构建强大的混合测试测量自动化系统。这种整合充分利用了传统仪器在特定测量任务上的高性能和可靠性的优势，以及虚拟仪器在数据处理、灵活性和系统集成方面的强大能力。