浅谈虚拟仪器

虚拟仪器：以计算机硬件为平台，由传感器、模块化硬件接口卡以及测量软件库构成的测量系统。  

虚拟仪器的发展历史：
第一代： 20世纪初发展起来的传统仪器，为了某种测试目的而专用制作的测试工具；
第二代： 50年代初发展起来的数字仪器，精度、分辨率、测量速度提高了几个数量级；
第三代：70年代的智能仪器和卡式仪器，由单个电信号量测量转变成系统的特征参数测量，由单台仪器发展成测试系统；由时域、频域发展到对数域；
第四代：80年代开始的虚拟仪器，以通用计算机作为测试仪器的硬件平台。NI brings up the idea: "Software is Instruments".

测试仪器的功能由三部分组成：被测信号的采集，数据处理，结果的输出，显示，传输和保存。

虚拟仪器的优点：性能高、扩展性强、开发时间少，出色的集成功能。
 
数据采集系统和A/D转换器是测量系统的最基本部件。A/D可达到24位或者更高，采样频率20MHz。

硬件分两种：插卡式和接口机式。

插卡式：充分利用计算机资源，DMA，Plug& Play，PC机总线传递数据，灵活易扩展。但是插槽数目有限，尺寸小，无屏蔽，电源功率不足。

接口机式：

（1）        GPIB（General Purpose Interface Bus）总线，即IEEE488总线。数据传输高达1Mbyte以上，连接距离不超过10米，连接仪器不超过15台。小规模测试系统。 如果采用高速HS488交互握手协议，传输速率可高到8MBps。

（2）        VXI（VME bus Extension for Instruments）总线。大规模高速高精度的测试系统。最多256个设备，0槽控制器。VXI总线硬件由主机箱、控制器和仪器模板组成。控制器包括嵌入式PC控制器，嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器。最高可达40MBps。1987年提出。 VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，最高可达40MBps，定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的特点，因此得到了广泛的应用。不过，由于价格较高，推广应用受到一定限制，主要集中在航空、航天等国防军工领域。

（3）        PXI（PCI Extension for Instruments）总线，1997年提出。核心是Compact PCI结构和Microsoft windows软件。 PXI总线符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点。PXI构造类似于VXI结构，但它的设备成本更低、运行速度更快，体积更紧凑。目前基于PCI总线的软硬件均可应用于PXI系统中，从而使PXI系统具有良好的兼容性。PXI还有高度的可扩展性，它有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3～4个扩展槽。PXI系统通过使用PCI-PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽。PXI总线的传输速率已经达到132Mbps(最高为500Mbps)，是目前已经发布的最高传输速率。因此，基于PXI总线的仪器硬件将会得到越来越广泛的应用。

软件系统：Labview和LabWindows/CVI、VEE。

Labview主要用于数据的采集、分析、处理和表达。CVI主要供ANSIC工程师开发，VEE是惠普的产品。