虛擬儀器簡介
虛擬儀器（Virtual Instruments簡稱VI）技術(shù)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(jié)果輸出顯示等三大部分組成,，其中數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出完全可由基于計(jì)算機(jī)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(gòu)成基于計(jì)算機(jī)組成的測量測試儀器,?；谟?jì)算機(jī)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(tái)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(shí)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”。
虛擬儀器儀器的分類:
虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)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(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)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Visual C++,
Visual Basic, Labviews/cvi構(gòu)成測試系統(tǒng),，它充分利用計(jì)算機(jī)的總線,、機(jī)箱、電源及軟件的便利,。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制,，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高,，插槽數(shù)目也不多,，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無屏蔽等缺點(diǎn),。另外,，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價(jià)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(jì)算機(jī)并行口的測試裝置,，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上,，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器,、頻譜分析儀,、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器,、頻率計(jì),、數(shù)字萬用表、功率計(jì),、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(jì)算機(jī)相連,，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式PC機(jī)相連,，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用,，非常方便。由于其價(jià)格低廉,、用途廣泛,，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。
第三類：GBIB總線方式的虛擬儀器
GPIB技術(shù)是 IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段,。它的出現(xiàn)使電子測量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展,，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊 GPIB接口卡和若干臺(tái)BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成,。在標(biāo)準(zhǔn)情況下,，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器,，電纜長度可達(dá)40米。GPIB 技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)儀器組合起來，形成自動(dòng)測量系統(tǒng),。GPIB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單,，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的,，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用,。
第四類：VXI總線方式虛擬儀器
VXI 總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源,，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放,、結(jié)構(gòu)緊湊,、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確,、模塊可重復(fù)利用,、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)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(dòng)測量系統(tǒng)以及對(duì)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(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器,，造價(jià)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(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)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(kuò)展性,。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽,，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3~4個(gè)擴(kuò)展槽，通過使用PCI—PCI橋接器,，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽,，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢結(jié)合起來,，將形成未來的虛擬儀器平臺(tái)。
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(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)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(gè)重要因素,。①計(jì)算機(jī)是載體,②軟件是核心③高質(zhì)量的A/D采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。
無論哪種VI系統(tǒng),，都是將硬件儀器（調(diào)理放大器,、A/D卡）搭載到筆記本電腦、臺(tái)式PC 或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上,，加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的,，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)的全數(shù)字化的采集測試分析。因此VI發(fā)展完全跟計(jì)算機(jī)的發(fā)展步伐同步,。所以顯示出VI的靈活性和強(qiáng)大的生命力,。虛擬儀器的崛起是測試儀器技術(shù)的一次 “革命”，是儀器領(lǐng)域的一個(gè)新的里程碑,。未來的VI完全可以覆蓋計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）的全部領(lǐng)域,。幾乎能替代所的模擬測試設(shè)備。它的重要意義和在于尚是一塊處女地,，有待我們?nèi)ラ_拓,，它有許多求知部分有待大家去填補(bǔ)。虛擬儀目的前景十分光明,?；谟?jì)算機(jī)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(shí)質(zhì)上的”④“有效的”等幾種意思,。當(dāng)前我們研制的虛擬儀器應(yīng)該著重于功能上“實(shí)質(zhì)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(gè)誤區(qū),。我們應(yīng)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(dá)到一種真正高級(jí)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(fèi)大量的人力物力。
虛似儀器的發(fā)展是信息技術(shù)的一個(gè)主要領(lǐng)域,。對(duì)科學(xué)技術(shù)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(yīng)用于電子測量、振動(dòng)分析,、聲學(xué)分析,、故障診斷、航天航空,、軍事工程,、電力工程、機(jī)械工程,、建筑工程,、鐵路交通、地質(zhì)勘探,、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面,。