虚拟仪器简介

虚拟仪器简介
　
   虚拟仪器（Virtual Instruments简称VI）技术发展非常迅速，所有测量测试仪器的主要功能可由①数据采集②数据测试和分析③结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器（VI）。注意：这里所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同，它可以完全替代传统台式测量测试仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。

  虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。

虚拟仪器仪器的分类:

虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：

第一类：PC总线——插卡型虚拟仪器

这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自已组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C++++,

Visual Basic, Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。

第二类：并行口式虚拟仪器

最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的 DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。

第三类：GBIB总线方式的虚拟仪器

GPIB技术是 IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工 *** 作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块 GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB 技术可用计算机实现对仪器的 *** 作和控制，替代传统的人工 *** 作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。

第四类：VXI总线方式虚拟仪器

VXI 总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。

第五类：PXI总线方式虚拟仪器

PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3~4个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。

虚拟仪器的发展过程有两条线：一、GPIB→VSI→PXI总线方式（适合大型高精度集成系统）

GPIB 于1978年问世，VXI于1987年问世，PXI于1997年问世。

二、PC插卡→并口式→串口USB方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景）

PC插卡式于80年代初问世，并行口方式于1995年问世，串口USB方式于1999年问世。

  综上所述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。①计算机是载体,②软件是核心③高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。

  无论哪种VI系统，都是将硬件仪器（调理放大器、A/D卡）搭载到笔记本电脑、台式PC 或工作站等各种计算机平台上，加上应用软件而构成的，实现了用计算机的全数字化的采集测试分析。因此VI发展完全跟计算机的发展步伐同步。所以显示出VI的灵活性和强大的生命力。虚拟仪器的崛起是测试仪器技术的一次 “革命”，是仪器领域的一个新的里程碑。未来的VI完全可以覆盖计算机辅助测试（CAT）的全部领域。几乎能替代所的模拟测试设备。它的重要意义和在于尚是一块处女地，有待我们去开拓，它有许多求知部分有待大家去填补。虚拟仪目的前景十分光明。基于计算机的全数字测量分析是采集测试分析的未来。

  但是这里值得指出的是“VIRTUAL”一词可以翻译成①“虚拟的”②“虚像的”③“实质上的”④“有效的”等几种意思。当前我们研制的虚拟仪器应该着重于功能上“实质的”“有效的”仪器，不要片面地追求“虚像的”，单纯地追求外形上的相似而花大力气去模似老式仪器外形。这是一个误区。我们应该在这里大力提倡追求仪器的功能和测试的精度及可靠性，达到一种真正高级仪器的测试效果，而不要误入歧途，去追求外形上的相似，浪费大量的人力物力。

  虚似仪器的发展是信息技术的一个主要领域。对科学技术的发展和国防、工业、农业的生产不可估量的影响。可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。