虚拟仪器总线发展和应用

　　虚拟仪器可以充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。它依赖软件，通过计算机来控制测试硬件、分析和提供测试数据。由于没有专门的前面板、显示器和电源，其硬件通常在pc或vxi/cpci主机中，所有仪器面板和显示器都在监视器上模拟，所以称为虚拟仪器。虚拟仪器不但功能多样、测量准确，而且界面友好、操作简易，与其它设备集成方便灵活。虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。用户可以根据不同要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求。其特点是价格适中、功能强、测试速度快、可重组。有趋势表明，虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心，并成为机器人的核心技术。

　　目前，虚拟仪器有两类。一类基于pc，它是由pc、能插入pc机箱的插卡或模块和相关测试软件（如labview）所构成。采用这种结构能构成基于pc的示波器、任意波形发生器、波形分析仪、函数发生器、逻辑分析仪、电压表和数据采集产品。另一类基于vxi或cpci/pxi专用系统，采用这种结构能构成用于生产测试的高性能专用测试系统、数据采集系统和自动测试设备（ate）。
 
　　插卡型虚拟仪器 ：isa、pcmcia、pci
 
　　基于通用pc的硬件，可以利用pc机组建成为灵活的虚拟仪器，是现在比较流行的虚拟仪器系统。这种方式借助于插入pc机或工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合，完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及系统软件的便利，其关键在于a/d转换技术。

　　插卡类型有isa卡、pcmcia卡和pci卡等多种类型。随着计算机的发展，isa型插卡已经逐渐退出舞台。pcmcia卡由于受到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。而pci总线正在广泛使用，已经成为pc的事实标准。它是一种同步的独立于cpu的32位或64位局部总线，时钟频率为33mhz，数据传输率高达132～264mbps，pci总线技术的无限读写突发方式，可在一瞬间发送大量数据。pci总线上的外围设备可与cpu并发工作，从而提高了整体性能。pci总线还有自动配置功能，从而使所有与pci兼容的设备实现真正的“即插即用”(plug&play)。

　　由于插卡型仪器多数没有抗混滤波器且分时采样，特别要注意混叠现象和通道间相位差。因个人计算机数量非常庞大，插卡式仪器价格最便宜，因此其用途广泛，特别适合于教学部门和各种实验室使用。目前仍有强大的生命力。
 
　　外挂型虚拟仪器：rs232串口总线、usb通用串口总线、ieee 1394总线

　　虚拟仪器系统采用的总线包括传统的rs232串行总线、usb通用串行总线和ieee 1394总线（即firewire，也叫做火线）。 rs232总线是pc机早期采用的串行总线，技术成熟，应用广泛，至今仍然适用于要求较低的虚拟仪器或测试系统。近年来，usb总线得到广泛的支持，微软的全系列操作系统均支持usb。但是，usb总线也只限于用在较简单的测试系统中。用虚拟仪器组建自动测试系统，更有前途的是采用ieee1394串行总线，这是因为这一种高速串行总线，能够以100、200或400mb／s的速率传送数据，显然会成为虚拟仪器发展最有前途的总线。目前国际上虚拟仪器所用ieee 1394总线的传站速度已经达到100mb／s。[page]

　　利用pc机的各种串口通讯，可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上，软件装在pc机上，通常可以完成各种虚拟仪器的功能。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业。又可与台式pc机或工控机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。特别是usb口和1394口具由于传输速度快、可以热插拔、联机使用方便的特点，很有发展前途，将成为未来虚拟仪器有巨大发展前景和广泛市场的主流平台。通过各种不同的接口总线，可以组建不同规模的自动测试系统。它可以借助不同的接口总线的沟通，将虚拟仪器、带接口总线的各种电子仪器或各种插件单元，调配并组建成为中小型甚至大型的自动调试系统。

　　世界各国的公司，特别是美国ni公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件（插件），可以灵活地组建不同复杂程度的虚拟仪器自动测试系统。
 
　　高精度集成系统：gpib→vxi→pxi仪器总线
 
　　除了利用通用计算机或工控机开发虚拟仪器外，专用的仪器总线系统也在不断发展，成为构建高精度、集成化仪器系统的专用平台。

　　gpib总线(即ieee?488总线)是一种数字式并行总线，主要用于连接测试仪器和计算机。该总线最多可以连接15个设备(包括作为主控器的主机)。如果采用高速hs488交互握手协议，传输速率可高到8mbps。作为早期虚拟仪器发展的产物，目前已经逐步退出市场。

　　vxi总线(即ieee?1155总线)是一种高速计算机总线—vme总线在仪器领域的扩展。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。经过10多年的发展，vxi系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。然而，组建vxi总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高，其推广应用受到一定限制，主要应用集中在航空、航天等国防军工领域。目前这种类型也有逐渐退出市场的趋势。

　　pxi总线是以compactpci为基础的，由具有开放性的pci总线扩展而来(ni公司于1997年提出)。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。