虛擬儀器的分類

虛擬儀器的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，大致可分為七種類型：

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)的板卡（數(shù)據(jù)采集卡、圖象采集卡等）與專用的軟件，如LabVIEW?、LabWindows/CVI、或通用編程工具Visual C++和Visual Basic等等相結(jié)合，它可以充分利用PC機(jī)或工控機(jī)內(nèi)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。

但是該類虛擬儀器受普通PC機(jī)機(jī)箱結(jié)構(gòu)和總線類型限制，并且有電源功率不足，還有機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目較少，插槽尺寸小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。該類虛擬儀器曾有ISA、PCI和PCMCIA總線等，但目前ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)基本淘汰PCMCIA結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度太弱的限制影響了它的工程應(yīng)用，而PCI總線的虛擬儀器廣為應(yīng)用。

第二類：并行口式虛擬儀器

該類型的虛擬儀器是一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)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(cè)量測(cè)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(wàn)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。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，非常靈活。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，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：GPIB總線方式的虛擬儀器

GPIB（General Purpose Interface Bus）技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。GPIB也稱HPIB或IEEE488總線，最初是由HP公司開發(fā)的儀器總線。該類虛擬儀器可以說是虛擬儀器早期的發(fā)展階段，也是虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器結(jié)合的典型例子。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量從獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB測(cè)試系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB總線儀器通過GPIB電纜連接而成。一塊GPIB接口可聯(lián)接14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。

利用GPIB技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于控制高性能專用臺(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（ VME eXtension for Instruments ）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(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合，有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。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。目前這種類型也有逐漸退出市場(chǎng)的趨勢(shì)。

第五類：PXI總線方式虛擬儀器

PXI（PCI eXtension for Instruments）PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)基礎(chǔ)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。包括多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)，增加了用于相鄰模塊的高速通訊的局域總線。PXI具有高度可擴(kuò)展性，PXI具有多個(gè)擴(kuò)展槽，通過使用PCI—PCI橋接器通訊，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，對(duì)于多機(jī)箱系統(tǒng)，現(xiàn)在則可利用MXI接口進(jìn)行連接，將PCI總線擴(kuò)展到200米遠(yuǎn)。而臺(tái)式機(jī)PCI系統(tǒng)只有3~4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(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。

第六類：外掛型串行總線虛擬儀器

這類虛擬儀器是利用RS－232總線、USB和1394總線等目前PC機(jī)提供的一些標(biāo)準(zhǔn)總線，可以解決基于PCI總線的虛擬儀器在插卡時(shí)都需要打開機(jī)箱等操作不便，以及PCI插槽有限。同時(shí)，測(cè)試信號(hào)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，各種現(xiàn)場(chǎng)的被測(cè)信號(hào)對(duì)計(jì)算機(jī)的安全造成很大的威脅。而且，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的強(qiáng)電磁干擾對(duì)被測(cè)信號(hào)也會(huì)造成很大的影響，故外掛式虛擬儀器系統(tǒng)成為廉價(jià)型虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的主流。

RS－232主要是用于前面提到過的儀器控制。目前應(yīng)用較多的是近年來(lái)得到廣泛支持的USB，但是，USB也只限于用在較簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)中。用虛擬儀器組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，更有前途的是采用IEEE1394串行總線，因?yàn)檫@種高速串行總線，能夠以200或400Mb/s的速率傳送數(shù)據(jù)，顯然會(huì)成為虛擬儀器發(fā)展最比較有前途的總線。

這類虛擬儀器可把采集信號(hào)的硬件集成在一個(gè)采集盒里或一個(gè)探頭上，軟件裝在PC機(jī)上。它們的優(yōu)點(diǎn)是既可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連通訊，方便野外作業(yè)。又可與臺(tái)式機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用。特別是由于傳輸速度快、可以熱插拔、聯(lián)機(jī)使用方便的特點(diǎn)，很有發(fā)展前途，將成為未來(lái)虛擬儀器有巨大發(fā)展前景和廣泛市場(chǎng)的主流平臺(tái)。

第七類：網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器

現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和Internet，為了共享測(cè)試系統(tǒng)資源，提供了支持。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它使得不同廠家的產(chǎn)品通過通訊總線使用共同的協(xié)議進(jìn)行通訊?，F(xiàn)在，各種現(xiàn)場(chǎng)總線在不同行業(yè)均有一定應(yīng)用；工業(yè)以太網(wǎng)也有望進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用前景廣闊；Internet已經(jīng)深入各行各業(yè)乃至千家萬(wàn)戶。通過web瀏覽器可以對(duì)測(cè)試過程進(jìn)行觀測(cè)，可以通過internet操作儀器設(shè)備。能夠方便地將虛擬儀器組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將分散在不同地理位置不同功能的測(cè)試設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)上得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。現(xiàn)在，有關(guān)MCN(Measurement and Control Networks)方面的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。