摘要   本文介紹了虛擬儀器的結構和特點，通過對 PCI、I、VXI三種不同總線主要性能的比較，指出了基于三種不同總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)的特點及應用范圍。
主題詞  虛擬儀器  PCI I VXI

1、引言
I（PCI面向儀器的擴展）是一個新的模塊化儀器平臺，它能夠提供高性能的測量，而價格并不十分昂貴。利用I模塊化儀器，您可以充分享受開放式工業(yè)標準化PC技術所帶來的低成本、簡便易用性、靈活性及高性能等優(yōu)點。I的核心技術是CompactPCI工業(yè)計算機體系結構、Microsoft Windows 軟件及VXI的定時和觸發(fā)功能。

2、電子測量儀器的發(fā)展
電子測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。
第一代模擬儀器，這類儀器在某些實驗室仍能看到，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。
第二代數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計等。這類儀器將模擬信號的測量轉化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結果，適用于快速響應和較高準確度的測量。
第三代智能儀器，這類儀器內置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動，習慣上稱為智能儀器。它的功能塊全部都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在，相對虛擬儀器而言，無論是開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。
第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和測量技術相結合的產物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器產業(yè)發(fā)展一個重要方向。

3、什么是虛擬儀器
虛擬儀器(Virtual Instruments,簡稱VI)的概念，是美國國家儀器公司(National Instruments Corp.簡稱NI)于1986年提出的。虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)；是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。

3.1、虛擬儀器的優(yōu)點
與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下優(yōu)點：
（1） 融合計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標準配置。
（2） 利用了計算機豐富的軟件資源，實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質資源，增加了系統(tǒng)靈活性；通過軟件技術和相應數(shù)值算法，實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理；通過圖形用戶界面(GUI)技術，真正做到界面友好、人機交互。
（3） 基于計算機總線和模塊化儀器總線，儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小系統(tǒng)尺寸，可方便地構建模塊化儀器（Instrument on a Card）。
（4） 基于計算機網(wǎng)絡技術和接口技術，VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)(connectivity)，廣泛支持諸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標準。因此，利用VI技術可方便地構建自動測試系統(tǒng)（ATS，Automatic Test System），實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡化。
（5） 基于計算機的開放式標準體系結構。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時間。

3.2、虛擬儀器的硬件系統(tǒng)
虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。
計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機，如普通臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。計算機管理著虛擬儀器的硬軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎。計算機技術在顯示、存儲能力、處理性能、網(wǎng)絡、總線標準等方面的發(fā)展，導致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。
按照測控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、I和DAQ四種標準體系結構。

（1） GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口總線，是計算機和儀器間的標準通訊協(xié)議。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標準--IEEE 488.1和IEEE 488.2。它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配置了遵循IEEE 488的GPIB接口。典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計算機、一塊GPIB接口卡和若干臺GPIB儀器。每臺GPIB儀器有單獨的地址，由計算機控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對計算機的控制軟件作相應改動。這種概念已被應用于儀器的內部設計。在價格上，GPIB儀器覆蓋了從比較便宜的到異常昂貴的儀器。但是GPIB的數(shù)據(jù)傳輸速度一般低于500kb/s，不適合于對系統(tǒng)速度要求較高的應用。(標準接口總線在20m距離內，若每2m等效的標準負載相當于使用48mA的集電極開路式發(fā)送器，則最高工作速率是250kb/s，若采用三態(tài)門發(fā)送器，一般速率為500kb/s，最高可達1000kb/s。)

（2） VXI（VMEbus eXtension for Instrumentation）即VME總線在儀器領域的擴展，是1987年在VME總線、Eurocard標準（機械結構標準）和IEEE 488等的基礎上，由主要儀器制造商共同制訂的開放性儀器總線標準。VXI