“虛擬儀器”的相關知識

　　虛擬儀器(VirtualInstruments簡稱VI)技術發(fā)展非常迅速，所有測量測試儀器的主要功能可由①數(shù)據(jù)采集②數(shù)據(jù)測試和分析③結果輸出顯示等三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結果輸出完全可由基于計算機的軟件系統(tǒng)來完成，因此只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構成基于計算機組成的測量測試儀器?；谟嬎銠C的數(shù)字化測量測試儀器就稱之為虛擬儀器(VI)。注意：這里所指的虛擬儀器和EDA仿真軟件中的虛擬儀器概念完全不同，它可以完全替代傳統(tǒng)臺式測量測試儀器。而EDA仿真軟件中的虛擬儀器是純軟件的、仿真的。

　　虛擬儀器可使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件就可以實現(xiàn)功能完全不同的各種測量測試儀器，即軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心，軟件可以定義為各種儀器，因此可以說“軟件即儀器”。

　　儀器的分類:

　　虛擬儀器的發(fā)展隨著微機的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：

　　第一類：PC總線——插卡型虛擬儀器

　　這種方式借助于插入計算機內的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如Labview相結合(注：美國NI公司的Labview是圖形化編程工具，它可以通過各種控件自已組建各種儀器。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言VisualC++,

　　VisualBasic,Labviews/cvi構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無屏蔽等缺點。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。

　　第二類：并行口式虛擬儀器

　　最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內。儀器軟件裝在計算機上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國LINK公司的DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。

　　第三類：GBIB總線方式的虛擬儀器

　　GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和若干臺BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。

　　第四類：VXI總線方式虛擬儀器

　　VXI總線是一種高速計算機總線VME總線在VI領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標準開放、結構緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應用。經(jīng)過十多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。

　　第五類：PXI總線方式虛擬儀器

　　PXI總線方式是PCI總線內核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴展性。PXI具有8個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有3~4個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。

　　虛擬儀器的發(fā)展過程有兩條線：

一、GPIB→VSI→PXI總線方式(適合大型高精度集成系統(tǒng))

　　GPIB于1978年問世，VXI于1987年問世，PXI于1997年問世。

　　二、PC插卡→并口式→串口USB方式(適合于普及型的廉價系統(tǒng)，有廣闊的應用發(fā)展前景)

　　PC插卡式于80年代初問世，并行口方式于1995年問世，串口USB方式于1999年問世。

　　綜上所述，虛擬儀器的發(fā)展取決于三個重要因素。①計算機是載體,②軟件是核心③高質量的A/D采集卡及調理放大器是關鍵。

　　虛似儀器和傳統(tǒng)儀器的比較

　　虛擬儀器

　　傳統(tǒng)儀器

　　開發(fā)和維護費用低

　　開發(fā)和維護費用高

　　技術是更新周期短(0.5~1年)

　　技術更新周期長(5~10年)

　　軟件是關鍵

　　硬件是關鍵

　　價格低

　　價格昂貴

　　開放靈活與計算機同步，可重復用和重配置

　　固定

　　可用網(wǎng)絡聯(lián)絡周邊各儀器

　　只可連有限的設備

　　自動、智能化、遠距離傳輸

　　功能單一，操作不便

　　無論哪種VI系統(tǒng)，都是將硬件儀器(調理放大器、A/D卡)搭載到筆記本電腦、臺式PC或工作站等各種計算機平臺上，加上應用軟件而構成的，實現(xiàn)了用計算機的全數(shù)字化的采集測試分析。因此VI發(fā)展完全跟計算機的發(fā)展步伐同步。所以顯示出VI的靈活性和強大的生命力。虛擬儀器的崛起是測試儀器技術的一次“革命”，是儀器領域的一個新的里程碑。未來的VI完全可以覆蓋計算機輔助測試(CAT)的全部領域。幾乎能替代所的模擬測試設備。它的重要意義和在于尚是一塊處女地，有待我們去開拓，它有許多求知部分有待大家去填補。虛擬儀目的前景十分光明。基于計算機的全數(shù)字測量分析是采集測試分析的未來。

　　但是這里值得指出的是“VIRTUAL”一詞可以翻譯成①“虛擬的”②“虛像的”③“實質上的”④“有效的”等幾種意思。當前我們研制的虛擬儀器應該著重于功能上“實質的”“有效的”儀器，不要片面地追求“虛像的”，單純地追求外形上的相似而花大力氣去模似老式儀器外形。這是一個誤區(qū)。我們應該在這里大力提倡追求儀器的功能和測試的精度及可靠性，達到一種真正高級儀器的測試效果，而不要誤入歧途，去追求外形上的相似，浪費大量的人力物力。

　　虛似儀器的發(fā)展是信息技術的一個主要領域。對科學技術的發(fā)展和國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)不可估量的影響?？蓮V泛應用于電子測量、振動分析、聲學分析、故障診斷、航天航空、軍事工程、電力工程、機械工程、建筑工程、鐵路交通、地質勘探、生物醫(yī)療、教學及科研等諸多方面。

　　所以說虛似儀器完全可以替代傳統(tǒng)臺式儀器!