虚拟仪器深度分析

虚拟仪器简介

虚拟仪器的呈现是丈量仪器开展史上的一场革新。跟着微电子技能、核算机技能、软件技能、网络技能的高度开展和在丈量与仪器上的运用以及测验的新理论、新办法、新范畴的开展导致了一种新式仪器——虚拟仪器（Virtual Instrument）——的诞生。它充分运用最新的核算机技能来完结和扩展仪器的功用；用核算机屏幕能够形象、便利地模仿各种仪器的调控面板，以各种需求的方法表达输出检测成果；用核算机软件完结大部分信号的剖析和处理，完结各种调控和测验功用。“软件便是仪器”，在虚拟仪器体系中，软件发挥着中心作用，已有这样的一类虚拟仪器及其体系，在其间，硬件仅是为了处理信号的输入输出，而中心功用以软件来完结，依据虚拟仪器，用户能够依据自己的需求界说仪器的功用，经过软件修正的办法，很便利地改动、增减仪器体系的功用与规划。与传统仪器比较，虚拟仪器的长处如表1所示。

表1 虚拟仪器比较传统仪器的长处

可是虚拟仪器也并非完美无瑕，在与其他设备衔接时简略遭到客观环境和条件的约束，别的因为需求进行许多的软件核算，或许构成较大的时延，此种情况下需求用传统的硬件仪器来代替。

虚拟仪器能够用于国防、航空航天、核物理、石油化工等范畴，现在开发环境首要有两类：一类是文本言语，如C、C++、LabWindows /CVI等等；另一类是图形言语，如NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE等等。因为图形言语开发的便利性，遭到了宽广工程师的欢迎，一个在核算机言语方面没有许多练习的工程师，也能够在较短时间内把握虚拟仪器开发的技能，并能运用到工程实践傍边。

虚拟仪器（Virtual Instruments简称VI）技能开展非常敏捷，一切丈量测验仪器的首要功用可由①数据收集②数据测验和剖析③成果输出显现等三大部分组成，其间数据剖析和成果输出彻底可由依据核算机的软件体系来完结，因而只需别的供给必定的数据收集硬件，就可构成依据核算机组成的丈量测验仪器。依据核算机的数字化丈量测验仪器就称之为虚拟仪器（VI）。留意：这儿所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念彻底不同，它能够彻底代替传统台式丈量测验仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。

虚拟仪器可运用相同的硬件体系，经过不同的软件就能够完结功用彻底不同的各种丈量测验仪器，即软件体系是虚拟仪器的中心，软件能够界说为各种仪器，因而能够说“软件即仪器”。

仪器的分类:

虚拟仪器的开展跟着微机的开展和选用总线方法的不同，可分为五种类型：

第一类：PC总线——插卡型虚拟仪器

这种方法借助于刺进核算机内的数据收集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程东西，它能够经过各种控件自已组成各种仪器。Labview/cvi是依据文本编程的程序员供给高效的编程东西，经过三种编程言语Visual C++,

Visual Basic,Labviews/cvi构成测验体系，它充分运用核算机的总线、机箱、电源及软件的便当。可是受PC机机箱和总线约束，且有电源功率缺乏，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺度比较小，机箱内无屏蔽等缺陷。别的，ISA总线的虚拟仪器现已筛选，PCI总线的虚拟仪器价格比较贵重。

第二类：并行口式虚拟仪器

最新开展的一系列可衔接到核算机并行口的测验设备，它们把仪器硬件集成在一个收集盒内。仪器软件装在核算机上，一般能够完结各种丈量测验仪器的功用，能够组成数字存储示波器、频谱剖析仪、逻缉剖析仪、恣意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据收集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大长处是能够与笔记本核算机相连，便利野外作业，又可与台式PC机相连，完结台式和便携式两用，非常便利。因为其价格低价、用处广泛，特别合适于研发部门和各种教育实验室运用。

第三类：GBIB总线方法的虚拟仪器

GPIB技能是IEEE488规范的虚拟仪器前期的开展阶段。它的呈现使电子丈量独立的单台手工操作向大规划主动测验体系开展，典型的GPIB体系由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB方法的仪器经过GPIB电缆衔接而成。在规范情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技能可用核算机完结对仪器的操作和操控，代替传统的人工操作方法，能够许多便利地把多台仪器组合起来，构成主动丈量体系。GPIB丈量体系的结构和指令简略，首要运用于台式仪器，合适于准确度要求高的，但不要求对核算机高速传输情况时运用。

第四类：VXI总线方法虚拟仪器

VXI总线是一种高速核算机总线VME总线在VI范畴的扩展，它具有安稳的电源，强有力的冷却才能和严厉的RFI/EMI屏蔽。因为它的规范敞开、结构紧凑、数据吞吐才能强、守时和同步准确、模块可重复运用、很多仪器厂家支撑的长处，很快得到广泛的运用。经过十多年的开展，VXI体系的组成和运用越来越便利，尤其是组成大、中规划主动丈量体系以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。可是，组成VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式操控器，造价比较高。

第五类：PXI总线方法虚拟仪器

PXI总线方法是PCI总线内核技能增加了老练的技能规范和要求构成的，增加了多板同步触发总线的技能规范和要求构成的，增加了多板发总线，以运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体系只要3~4个扩展槽，经过运用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总线面向仪器范畴的扩展优势结合起来，将构成未来的虚拟仪器渠道。

虚拟仪器的开展过程有两条线：一、GPIB→VSI→PXI总线方法（合适大型高精度集成体系）

GPIB 于1978年面世，VXI于1987年面世，PXI于1997年面世。

二、PC插卡→并口式→串口USB方法（合适于普及型的廉价体系，有宽广的运用开展远景）

PC插卡式于80年代初面世，并行口方法于1995年面世，串口USB方法于1999年面世。

综上所述，虚拟仪器的开展取决于三个重要因素。①核算机是载体,②软件是中心③高质量的A/D收集卡及调度放大器是要害。

虚似仪器和传统仪器的比较 

不管哪种VI体系，都是将硬件仪器（调度放大器、A/D卡）搭载到笔记本电脑、台式PC 或工作站等各种核算机渠道上，加上运用软件而构成的，完结了用核算机的全数字化的收集测验剖析。因而VI开展彻底跟核算机的开展脚步同步。所以显现出VI的灵敏性和强壮的生命力。虚拟仪器的兴起是测验仪器技能的一次“革新”，是仪器范畴的一个新的里程碑。未来的VI彻底能够掩盖核算机辅助测验（CAT）的悉数范畴。简直能代替所的模仿测验设备。它的重要意义和在于尚是一块处女地，有待咱们去开辟，它有许多求知部分有待咱们去添补。虚拟仪意图远景非常光亮。依据核算机的全数字丈量剖析是收集测验剖析的未来。

可是这儿值得指出的是“VIRTUAL”一词能够翻译成①“虚拟的”②“虚像的”③“本质上的”④“有用的”等几种意思。当时咱们研发的虚拟仪器应该着重于功用上“本质的”“有用的”仪器，不要片面地寻求“虚像的”，单纯地寻求外形上的类似而花大力气去模似旧式仪器外形。这是一个误区。咱们应该在这儿大力提倡寻求仪器的功用和测验的精度及可靠性，到达一种真实高档仪器的测验作用，而不要误入歧途，去寻求外形上的类似，糟蹋许多的人力物力。

虚似仪器的开展是信息技能的一个首要范畴。对科学技能的开展和国防、工业、农业的出产不可估量的影响。可广泛运用于电子丈量、振荡剖析、声学剖析、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、教育及科研等诸多方面。