虛擬儀器總線發(fā)展和應(yīng)用

　　虛擬儀器可以充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，配以獨(dú)特設(shè)計(jì)的軟硬件，實(shí)現(xiàn)普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無法實(shí)現(xiàn)的功能。它依賴軟件，通過計(jì)算機(jī)來控制測試硬件、分析和提供測試數(shù)據(jù)。由于沒有專門的前面板、顯示器和電源，其硬件通常在pc或vxi/cpci主機(jī)中，所有儀器面板和顯示器都在監(jiān)視器上模擬，所以稱為虛擬儀器。虛擬儀器不但功能多樣、測量準(zhǔn)確，而且界面友好、操作簡易，與其它設(shè)備集成方便靈活。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間。用戶可以根據(jù)不同要求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多樣的應(yīng)用需求。其特點(diǎn)是價(jià)格適中、功能強(qiáng)、測試速度快、可重組。有趨勢表明，虛擬儀器最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心，并成為機(jī)器人的核心技術(shù)。

　　目前，虛擬儀器有兩類。一類基于pc，它是由pc、能插入pc機(jī)箱的插卡或模塊和相關(guān)測試軟件（如labview）所構(gòu)成。采用這種結(jié)構(gòu)能構(gòu)成基于pc的示波器、任意波形發(fā)生器、波形分析儀、函數(shù)發(fā)生器、邏輯分析儀、電壓表和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。另一類基于vxi或cpci/pxi專用系統(tǒng)，采用這種結(jié)構(gòu)能構(gòu)成用于生產(chǎn)測試的高性能專用測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動測試設(shè)備（ate）。

　　插卡型虛擬儀器 ：isa、pcmcia、pci

　　基于通用pc的硬件，可以利用pc機(jī)組建成為靈活的虛擬儀器，是現(xiàn)在比較流行的虛擬儀器系統(tǒng)。這種方式借助于插入pc機(jī)或工控機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件相結(jié)合，完成測試任務(wù)。它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及系統(tǒng)軟件的便利，其關(guān)鍵在于a/d轉(zhuǎn)換技術(shù)。

　　插卡類型有isa卡、pcmcia卡和pci卡等多種類型。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，isa型插卡已經(jīng)逐漸退出舞臺。pcmcia卡由于受到結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度太弱的限制影響了它的工程應(yīng)用。而pci總線正在廣泛使用，已經(jīng)成為pc的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它是一種同步的獨(dú)立于cpu的32位或64位局部總線，時(shí)鐘頻率為33mhz，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)132～264mbps，pci總線技術(shù)的無限讀寫突發(fā)方式，可在一瞬間發(fā)送大量數(shù)據(jù)。pci總線上的外圍設(shè)備可與cpu并發(fā)工作，從而提高了整體性能。pci總線還有自動配置功能，從而使所有與pci兼容的設(shè)備實(shí)現(xiàn)真正的“即插即用”(plugplay)。

　　由于插卡型儀器多數(shù)沒有抗混濾波器且分時(shí)采樣，特別要注意混疊現(xiàn)象和通道間相位差。因個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)量非常龐大，插卡式儀器價(jià)格最便宜，因此其用途廣泛，特別適合于教學(xué)部門和各種實(shí)驗(yàn)室使用。目前仍有強(qiáng)大的生命力。

　　外掛型虛擬儀器：rs232串口總線、usb通用串口總線、ieee 1394總線

　　由于基于pci總線的虛擬儀器在插入daq時(shí)都需要打開機(jī)箱等，操作不便。而且主機(jī)上的pci插槽有限，再加上測試信號直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，各種現(xiàn)場的被測信號對計(jì)算機(jī)的安全造成很大的威脅，同時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的強(qiáng)電磁干擾對被測信號也會造成很大的影響，故以串口接口總線方式的外掛式虛擬儀器系統(tǒng)成為廉價(jià)型虛擬儀器測試系統(tǒng)的主流。

　　虛擬儀器系統(tǒng)采用的總線包括傳統(tǒng)的rs232串行總線、usb通用串行總線和ieee 1394總線（即firewire，也叫做火線）。 rs232總線是pc機(jī)早期采用的串行總線，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測試系統(tǒng)。近年來，usb總線得到廣泛的支持，微軟的全系列操作系統(tǒng)均支持usb。但是，usb總線也只限于用在較簡單的測試系統(tǒng)中。用虛擬儀器組建自動測試系統(tǒng)，更有前途的是采用ieee1394串行總線，這是因?yàn)檫@一種高速串行總線，能夠以100、200或400mb／s的速率傳送數(shù)據(jù)，顯然會成為虛擬儀器發(fā)展最有前途的總線。目前國際上虛擬儀器所用ieee 1394總線的傳站速度已經(jīng)達(dá)到100mb／s。