1 导言
PXI（PCI面向仪器的扩展）是一个新的模块化仪器渠道，它能够供给高功用的丈量，而价格并不十分贵重。运用PXI模块化仪器，您能够充沛享用开放式工业标准化PC技能所带来的低本钱、简洁易用性、灵敏性及高功用等长处。PXI的中心技能是CompactPCI工业核算机体系结构、Microsoft Windows 软件及VXI的守时和触发功用。
2、电子丈量仪器的开展
电子丈量仪器开展至今，大体可分为四代：模仿仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。
第一代模仿仪器，这类仪器在某些试验室仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。
第二代数字化仪器，这类仪器现在适当遍及，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模仿信号的丈量转化为数字信号丈量，并以数字方法输出终究成果，适用于快速响应和较高准确度的丈量。
第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行主动测验又具有必定的数据处理才能，可替代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。它的功用块全部都是以硬件（或固化的软件）的方法存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发仍是运用，都缺少灵敏性。
第四代虚拟仪器，它是现代核算机技能、通讯技能和丈量技能相结合的产品，是传统仪器观念的一次巨大革新，是将来仪器工业开展一个重要方向。
3、什么是虚拟仪器
虚拟仪器(Virtual Instruments,简称VI)的概念，是美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI)于1986年提出的。虚拟仪器是由核算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据剖析、进程通讯及图形用户界面的软件组成的测控体系；是一种由核算机操作的模块化仪器体系。
3.1、虚拟仪器的长处
与传统仪器比较，虚拟仪器有以下长处：
（1） 交融核算机强壮的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显现、存储等方面的约束，大大增强了传统仪器的功用。高功用处理器、高分辨率显现器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准装备。
（2） 运用了核算机丰厚的软件资源，完结了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，添加了体系灵敏性；经过软件技能和相应数值算法，实时、直接地对测验数据进行各种剖析与处理；经过图形用户界
面(GUI)技能，真实做到界面友爱、人机交互。
（3） 根据核算机总线和模块化仪器总线，仪器硬件完结了模块化、系列化，大大缩小体系尺度，可便利地构建模块化仪器（Instrument on a Card）。
（4） 根据核算机网络技能和接口技能，VI体系具有便利、灵敏的互联(connectivity)，广泛支撑比如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准。因而，运用VI技能可便利地构建主动测验体系（ATS，Automatic Test System），完结丈量、操控进程的网络化。
（5） 根据核算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复运用及互换性等特色。因而，用户可根据自己的需求，选用不同厂家的产品，使仪器体系的开发更为灵敏、功率更高，缩短了体系组成时刻。
3.2、虚拟仪器的硬件体系
虚拟仪器的硬件体系一般分为核算机硬件渠道和测控功用硬件。
核算机硬件渠道能够是各种类型的核算机，如一般台式核算机、便携式核算机、作业站、嵌入式核算机等。核算机办理着虚拟仪器的硬软件资源，是虚拟仪器的硬件根底。核算机技能在显现、存储才能、处理功用、网络、总线标准等方面的开展，导致了虚拟仪器体系的快速开展。依照测控功用硬件的不同，VI可分为GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构。
（1）GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口总线，是核算机和仪器间的标准通讯协议。GPIB的硬件标准和软件协议已归入世界工业标准–IEEE 488.1和IEEE 488.2。它是最早的仪器总线，现在大都仪器都装备了遵从IEEE 488的GPIB接口。典型的GPIB测验体系包含一台核算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器。每台GPIB仪器有独自的地址，由核算机操控操作。体系中的仪器能够添加、削减或替换，只需对核算机的操控软件作相应改动。这种概念已被运用于仪器的内部规划。在价格上，GPIB仪器覆盖了从比较廉价的到反常贵重的仪器。可是GPIB的数据传输速度一般低于500kb/s，不适合于对体系速度要求较高的运用。(标准接口总线在20m间隔内，若每2m等效的标准负载适当于运用48mA的集电极开路式发送器，则最高作业速率是250kb/s，若选用三态门发送器，一般速率为500kb/s，最高可达1000kb/s。)
（2）VXI（VMEbus eXtension for Instrumentation）即VME总线在仪器范畴的扩展，是1987年在VME总线、Eurocard标准（机械结构标准）和IEEE 488等的根底上，由首要仪器制造商一起拟定的开放性仪器总线标准。VXI 体系最多可包含 256个设备，首要由主机箱、0槽操控器、具有多种功用的模块仪器和驱动软件、体系运用软件等组成。体系中各功用模块可随意替换，即插即用组成新体系。现在，世界上有两个VXI总线安排。①VXI联盟，担任拟定VXI的硬件（仪器级）标准标准，包含机箱背板总线、电源散布、冷却体系、零槽模块、仪器模块的电气特性、机械特性、电磁兼容性以及体系资源办理和通讯规程等内容；②VXI总线即插即用(VXI PlugPlay，简称VPP)体系联盟，主旨是经过拟定一系列VXI的软件（体系级）标准来供给一个开放性的体系结构，真实完结VXI总线产品的即插即用。这两套标准组成了VXI标准体系，完结了VXI的模块化、系列化、通用化以及VXI仪器的互换性和互操作性。VXI的价格相对较高，适合于顶级的测验范畴。
（3）PXI（PCI eXtension for Instrumentation）PCI在仪器范畴的扩展，是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线标准。其间心是 CompactPCI结构和Microsoft Windows软件。 PXI是在PCI内核技能上添加了老练的技能标准和要求构成的。PXI添加了用于多板同步的触发总线和参阅时钟、用于准确守时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的部分总线等，来满意试验和丈量用户的要求。PXI兼容CompactPCI机械标准，并添加了主动冷却、环境测验（温度、湿度、振荡和冲击试验）等要
求。这样，可确保多厂商产品的互操作性和体系的易集成性。
（4）DAQ（Data AcQuisition）数据收集，指的是根据核算机标准总线（如ISA、PCI、PC/104等）的内置功用插卡。它愈加充沛地运用核算机的资源，大大添加了测验体系的灵敏性和扩展性。运用DAQ可便利快速地组成根据核算机的仪器（Computer-Based Instruments），完结一机多型和一机多用。 在功用上，跟着A/D转化技能、仪器扩大技能、抗混叠滤波技能与信号调度技能的迅速开展，DAQ的采样速率已达到1Gb/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能恣意结合数字I/O，模仿I/O、计数器/守时器等通道。仪器厂家出产了很多的DAQ功用模块可供用户挑选，如示波器、数字万用表、串行数据剖析仪、动态信号剖析仪、恣意波形发生器等。在ＰＣ核算机上挂接若干DAQ功用模块，合作相应的软件，就能够构成一台具有若干功用的ＰＣ仪器。
3.3、虚拟仪器的软件体系
虚拟仪器技能最中心的思维，便是运用核算机的硬/软件资源，使原本需求硬件完结的技能软件化（虚拟化），以便最大极限地下降体系本钱，增强体系的功用与灵敏性。根据软件在VI体系中的重要作用，NI提出了软件便是仪器（The software is the instrument）的标语。VPP体系联盟提出了体系结构、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。
虚拟仪器的软件结构从低层到顶层，包含三部分：VISA库、仪器驱动程序、运用软件。
VISA（Virtual Instrumentation software Architecture）虚拟仪器软件体系结构，本质便是标准
的I/O函数库及其相关标准的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于核算机体系之中履行仪器总线的特别功用，是核算机与仪器之间的软件层衔接，以完结对仪器的程控。它关于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。
仪器驱动程序是完结对某一特定仪器操控与通讯的软件程序集。它是运用程序完结仪器操控的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的方法供给给用户。
运用软件树立在仪器驱动程序之上，直接面临操作用户，经过供给直观友爱的测控操作界面、丰厚的数据剖析与处理功用，来完结主动测验使命。
虚拟仪器运用软件的编写，大致可分为两种方法：
①用通用编程软件进行编写。首要有Microsoft公司的Visual Basic与Visual C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；
②用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的VEE，NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI等。
运用软件还包含通用数字处理软件。通用数字处理软件包含用于数字信号处理的各种功用函数，如频域剖析的功率谱估量、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和细化剖析等；时域剖析的相关剖析、卷积运算、反卷运算、均方根估量、差分积分运算和排序等。以及数字滤波等等。这些功用函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功用供给了根底。
4、LabVIEW简介
80年代前期，核算机接口变得越来越精细，界面也越来越友爱，NI的工程师们意识到：需求一种强壮的软件接口让用户经过他们的核算机取得更简略有用的测验与操控。苹果公司的Macintosh为这种行将诞生的图形化软件言语供给了一个最好的环境：G言语。不久，NI为根据核算机的丈量和主动化开宣布了一个软件包：LabVIEW。
LabVIEW是根据G言语的革命性的图形化开发言语，用来进行数据收集和操控、数据剖析和数据表达。它的方针是简化程序的开发作业，让工程师和科学家能充沛运用PC机的功用，快速简洁地完结自己的作业。十余年的不断充分，使LabVIEW成为丰厚、强壮的有用工具软件包。与LabVIEW同步推出的还有LabWindows/CVI，它的特色是可运用ANSI C编程言语树立与有用仪器的交互式开发环境。这两者内部都配有GPIB、VXI、串口和刺进式DAQ板的库函数，以及全球几百家厂商的仪器驱动程序。环绕这些中心软件还连续开宣布多种附件。
LabVIEW的诞生标志着NI进入了专门从事VI（虚拟仪器）的时期。
5、PCI、PXI、VXI的比较
根据PCI总线、根据PXI总线、根据VXI总线虚拟仪器测验体系因为总线的不同而具有各自的特色与运用规划。
与传统仪器组成的测验体系比较，根据PCI总线的虚拟仪器测验体系在功用、灵敏性、易用性和低价格等方面具有绝对优势。其仪器硬件为插卡式，具有与核算机插卡相同的尺度，将硬件插卡直接刺进核算机中的PCI槽上即可构成测验体系，充沛运用核算机的资源来完结数据收集及处理、毛病剖析确诊和进程操控等智能测控。与根据其它总线的虚拟仪器测验体系比较，价格低廉的特色使其在工业、军工、教育和科研范畴得到了广泛得以运用。缺陷在于根据PCI总线的虚拟仪器测验体系缺少触发线标准化及其所在的核算机环境，这一环境不能满意大功率，高质量冷却，细心考虑RFI/EMI屏蔽的杂乱而精细的测验使命的要求。插卡的连线也或许因所用的核算机类型的约束而出产困难。插槽数十分有限，难以包容很多的通道。
根据PXI总线的虚拟仪器测验体系因为PXI总线产品对PCI总线产品的彻底兼容，这样在许多范畴，他们与根据PCI总线的虚拟仪器测验体系能够相互替代，而具有功用超越前者，仅仅价格稍高一些。用户假如想在现有的根据PCI总线的虚拟仪器测验体系转向根据PXI总线的虚拟仪器测验体系，只需对硬件出资，原有的软件可不加任何修正而运行在PXI体系上。一起因为PXI总线对机箱内部器材作业环境做了严厉的规则以及PXI体系拥有比台式机规划更多的扩展槽，致使PXI体系能够在恶劣作业环境下正常作业，然后能够习惯各式各样更大杂乱的测验范畴。因为PXI总线是PCI总线根底上学习VXI总线的仪器特性组合而成，PXI体系在价格上和功用上介于PCI体系和VXI体系之间。
VXI总线从1987年诞生至今尽管前史不长，但VXI总线产品从无到有、从小到大，已构成规划出产，特别是从90年代开端，VXI总线的产品开展呈指数上升趋势。VXI总线模板自身不带电源，没有面板，按键，旋钮和显现器，电参数的设定及丈量成果显现有必要经过软件面板来完结，是很好的虚拟仪器体系渠道，将VXI总线这项技能与核算机网络技能相结合，运用现有的互联网资源，可完结交互式网页根底上组成长途通讯及测验网络。VXI总线的体系结构为虚拟仪器开发供给了更为理想的环境，根据VXI总线虚拟仪器测验体系将会成为二十一世纪程控测验体系的干流。现在因为价格贵重，它首要运用在顶级测验范畴，据数据资料标明，VXI体系用户72%来源于通讯业和军工业。
不同的测验使命对测验体系有不同的要求，一种虚拟仪器测验体系不或许包含整个社会对丈量的要求。对虚拟仪器测验体系的开展应该有一个客观的知道。根据PCI总线的虚拟仪器测验体系一般适用于低频低速的进程测控体系、教育试验和试验室惯例测验。根据PXI总线的虚拟仪器测验体系因为电磁兼容功用及冷却功用的改进和模块式结构可用在一般要求的主动测验体系场合和体系总价格有所约束的主动测验体系。根据VXI虚拟仪器测验体系具有杰出的功用，可用于主动办法体系是特别是高速大数据量主动测验体系，宽频带主动测验体系和军用主动化丈量，代表着二十一世纪测验技能的开展方向。
6、结束语
PXI兼备了compact PCI标准的高功用和VXI仪器体系的高可靠性，一起 ，坚持了比VXI更具吸引力的价格优势，是能满意您高标准测验要求的最佳性价比挑选。开放式PXI标准运用了多项现有工业标准技能，以供给最佳的丈量和主动化渠道。其间最首要的电气标准由十分成功的PCI总线扩展而来。 面向仪器的电气扩展包含内置的触发和部分总线，而这些又是由高功用的VXI仪器结构扩展而来。 因而，PXI是现在我所构建丈量渠道的最佳挑选。
