【文章內(nèi)容簡介】 試功能的一種計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。而軟件是虛擬儀器的核心，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。虛擬儀器有了這一優(yōu)點(diǎn)，使儀器的開發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。虛擬儀器開發(fā)者虛擬儀器開發(fā)者虛擬儀器軟件面板虛擬儀器軟件開發(fā)平臺臺臺tai臺臺底層驅(qū)動程序硬件模塊操作系統(tǒng) 虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：（1）盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。（2）可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。（3）用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器虛擬儀器的主要優(yōu)勢有：（1）性能高。（2）擴(kuò)展性強(qiáng)。（3）開發(fā)時(shí)間少。（4）無縫集成。（1）高效的軟件： 軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計(jì)或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機(jī)交互界面。提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件——Lab VIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強(qiáng)大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外，還提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計(jì)與測試的交互式軟件Signal Express、用于傳統(tǒng)C語言的Lab Windows/CVI、針對微軟Visual Studio的Measurement Studio等等，均可滿足客戶對高性能應(yīng)用的需求。有了功能強(qiáng)大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢。（2）模塊化的I/O硬件：面對如今日益復(fù)雜的測試測量應(yīng)用，已經(jīng)提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是1394總線，都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運(yùn)動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測試和設(shè)計(jì)工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。（3）用于集成的軟硬件平臺：專為測試任務(wù)設(shè)計(jì)的PXI硬件平臺，已經(jīng)成為當(dāng)今測試、測量和自動化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)平臺，它的開放式構(gòu)架、靈活性和PC技術(shù)的成本優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O硬件和相應(yīng)的測試測量開發(fā)軟件 ，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號同步采集，借助PXI高性能的硬件平臺，您都能應(yīng)付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器VXI/PXI儀器RS232儀器數(shù)據(jù)分析和處理數(shù)字信號處理數(shù)字濾波統(tǒng)計(jì)分析數(shù)值分析結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)通信硬盤拷貝輸出文件I/O圖形用戶接口 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備主要用來完成被測輸入信號的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的I/O接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串口儀器、USB等。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型。被測信號PXI模塊VXI模塊串口儀器GPIB儀器PCDAQ計(jì)算機(jī) 虛擬儀器構(gòu)成方式（1）DAQ(Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線(如ISA、PCI、USB等)的內(nèi)置功能插卡。其中USB是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性；利用DAQ卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。在性能上，隨著A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號調(diào)理技術(shù)的發(fā)展，DAQ卡的采樣速率已達(dá)1GB/s，精度高達(dá)24位，通道數(shù)高達(dá)64個(gè)，并具有數(shù)字I/O，模擬I/O和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等通道。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的DAQ卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號分析儀、任意波形發(fā)生器等。在計(jì)算機(jī)上掛接多個(gè)DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺具有多功能的測試儀器。這種基于計(jì)算機(jī)的儀器，既具有高檔儀器的測量品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。對我國大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性價(jià)比，是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。（2）GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循IEEE488的GPIB接口。典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計(jì)算機(jī)，一塊基于GPIB總線的接口卡和多臺GPBI儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。每臺GPIB儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對計(jì)算機(jī)的控制軟件作相應(yīng)的改動?；贕PIB總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于500kb/s，不適合對系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。（3）VXI(VME bus extension for Instrumentation )是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，成為開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。儀器專用總線在吸收IEEE488的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了10MHz時(shí)鐘線、模擬和數(shù)字混合總線、星形總線等高速總線，定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格，兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。（4）PXI(PCI extension For Instrumentation)是Compact PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是Compact PCI結(jié)構(gòu)和Microsoft Windows軟件。PXI是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI增加了用于多個(gè)板卡同步的觸發(fā)總線和10MHz參考時(shí)鐘，用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來滿足實(shí)驗(yàn)和用戶的要求。（5）串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器精簡平臺組成的虛擬測試系統(tǒng)[10]。RS232總線是早期采用的通用串行總線，將帶有RS232標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器作為I/O接口設(shè)備，通過RS232串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)。 軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。以美國NI公司的軟件產(chǎn)品LABVIEW和Lab Windows/CVI為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。這些軟件開發(fā)平臺提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化以及各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。用戶界面數(shù)據(jù)處理硬件驅(qū)動程序 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn)C、Visual C++、Visual Basic等通用程序開發(fā)語言。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的，除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動程序和底層控制程序。這些工作對于那些不熟悉這方面知識的工程設(shè)計(jì)人員來說，需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有：NI公司的LABVIEW和Lab Windows/CVI。LABVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開