摘要：为了加速新型仪器研发，提出了“软件定义仪器”的方法并讨论了其体系和可行性。
　　关键词：软件定义仪器；微处理器；信号调理；模数转换器；数字信号处理
　　
　　引言
　　仪器，作为人类感官的延伸，在人类的文明和社会发展中起作不可替代的、极其重要的作用。在科学技术成爆炸状发展的当代，仪器所起的作用几乎无所不在，离开了仪器现代人们的生活就一刻也不能继续：医院对患者的抢救、发电厂的运行、交通工具的运行……。
　　实际上，近代科学技术的发展史几乎就是仪器仪表的发展史，即使到科学技术高度发达的今天，仪器仪表也在科学研究中同样起作不可替代的、极其重要的作用。仪器科学与技术本身也在迅速地发展，但这种发展主要体现在专门领域应用的仪器科学技术的研究上，对仪器仪表带共性的问题研究较少。
　　本文借助软件定义无线电(SDR)、虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)和组态软件(Con－figuration Software，CS)的思想，提出软件定义仪器(Software Defined Instrumentation，SDI)的概念和系统。
　　
　　软件无线电的由来
　　1992年5月，Joe Mitola在美国电信系统会议上首次提出了软件无线电SR(SoftWareRadio)(又称为软件定义无线电，Software De－fined Radio，信捷职称论文写作发表网，SDR)的概念，它的基本思想是将硬件做为其通用的基本平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发过程逐步转移到软件上来。它被称之为是继模拟通信到数字通信、定通信到移动通信之后，无线通信领域的第三次革命，即从硬件定义的无线电通信到软件定义的无线电通信。
　　软件无线电可定义为：“软件无线电是一种可用软件进行重配置和重编程的、灵活的、多业务、多标准、多频段无线电系统的新兴技术。”为了更清晰地说明软件无线电与传统无线电的区别，分别给出软件(数字)化程度不同的无线电结构。
　　所谓的软件无线电，从硬件上来看，就是要使ADC和DAC尽可能靠近天线，省却高频模拟的放大、变频、调制与解调等环节。ADC和DAC越靠近天线，说明软件(数字)化程度越高。
　　显然，软件无线电将为所有远程通信市场的参与者、制造商、经营商和用户带来巨大的利益。制造商可以把研究与开发重点集中到简单的硬件平台设备上，这些设备可应用到每一个蜂窝系统和市场，而不仅仅是一个国家或地区范围的蜂窝系统和市场。因此，可进行大批量生产以降低成本。另一个优点是可以不断地改进软件，以及纠正在工作中发现的软件错误和故障。
　　经营商能够快速拓展适合每个用户并区别于其他经营商的新业务；同样的终端能够提供所有服务，即使这些服务用不同的通信标准支持。另外，还可以实现多标准基站。对用户来说，软件无线电的优点是能将他们的通信漫游到其他蜂窝系统，并利用全球移动和覆盖盖范围的优势(即只要有一个蜂窝网络覆盖某地区就可以提供服务)。而且，用户可以根据其偏爱配置他们的终端。
　　另外，软件无线电技术延长了硬件(基站和用户终端的)的使用寿命，降低了过时落伍的风险。系统可重编程能力使硬件可重复使用，直到可以利用新一代硬件平台。但这并不意味着用户终端的寿命可以无限延长，因为在PC机市场，运行功能越来越强大的程序需要功能更强大的PC机。在不久的将来，移动终端也可能出现同样的现象。
　　虽然软件无线电能够为研发、生产、运营和使用等各方带来巨大的利益，但存在和面临天线、前端电路、高速模数转换器、处理器电路、算法等很大的问题和挑战。对比之下，现代仪器仪表的一般结构。
　　在仪器仪表的研发中，模拟电路部分(传感器接口电路+放大滤波)和数字部分(μP或μC)是最为重要的两个部分，又是各个整机厂“各自”研发、投入最大、重复最多的两个部分。
　　与“无线电”可以有以下对比：传感器、天线；传感器接口电路+放大滤波、高频放大、变频、调制与解调；μP或μC、DSP……
　　因此，我们完全可以借鉴“软件无线电”的概念，构成图5所示的“软件定义仪器”(Software Defined Instrument，SDI)或软件仪器(Software Instrument，SI)(为简便起见，以下均简称软件仪器)。这样使得一方面A/DC尽可能地靠近传感器，减少或避免模拟电路，同时采用具有API(Application Programming In－terface，应用编程接口)、仪器接口协议栈的μP或μC平台；可以把分散、重复而且最耗费人力、财力的“个体”或“小作坊”式的研发行为变成专业化的“规模”开发和生产，而整机生产企业和仪器仪表的用户则较容易地根据自己的需要重新“定义”仪器仪表的功能、以最小的代价更新、升级或维护已有仪器仪表。
　　
　　与虚拟仪器的异同
　　
　　虚拟仪器的出现是测试仪器领域的一场新的革命，是测试仪器与计算机深层次的结合。虚拟仪器的主要组成就是用一套通用的数据采集系统通过不同的接口接人计算机，在计算机上实现各种测量功能。虚拟仪器与传统仪器相比，具有以下几个特点。
　　
　　(1)传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作元件，由此导致