虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計(jì)和發(fā)展的儀器，他是90年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，主要用于自動(dòng)測試、過程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想是在儀器設(shè)計(jì)或測試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)用戶需求來定義和設(shè)計(jì)儀器的測試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)的最新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。

1、虛擬儀器的特點(diǎn)和構(gòu)成

1.1 虛擬儀器的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性 好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：

智能化程度高，處理能力強(qiáng) 虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。

復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低 應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個(gè)高 速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀 器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛 擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。

可操作性強(qiáng)，易用靈活 虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的 多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù) 據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線，這些都使得儀器的 可操作性大大提高而且易用、靈活。

1.2 虛擬儀器的構(gòu)成

虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)2個(gè)方面考慮。

硬件電路的設(shè)計(jì)主要根據(jù)用戶所面對的任務(wù)決定，其中接口設(shè)計(jì)可選用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)包 括GP IB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因?yàn)樗哂型ㄓ眯詮?qiáng)、可擴(kuò)充性好、傳輸速 率高、抗干擾能力強(qiáng)以及良好的開放性能等優(yōu)點(diǎn)，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀 器生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前VXI模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器的最理想平臺(tái)，是儀器硬件的發(fā) 展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺(tái)的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電 路的設(shè)計(jì)一般可以選擇用現(xiàn)有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號(hào)調(diào) 理和高速數(shù)據(jù)采集；信號(hào)輸出與控制；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。這3部分概括了數(shù)字化儀 器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來，就能構(gòu)成任何一種虛擬儀器。 例如使用高速數(shù)據(jù)采集模塊和高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)示波器、1臺(tái)數(shù)字化儀或 1臺(tái)頻譜分析儀；使用信號(hào)輸出與控制模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)函數(shù)發(fā)生器、1臺(tái)信號(hào)源或1臺(tái)控制器。專用接口是針對特定用途儀器需要的設(shè)計(jì)，也包括一些現(xiàn)場總線 接口和各類傳感器接口。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機(jī)箱和儀器模塊。常用的控制方案 有GPIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計(jì)算機(jī)控制方式的硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消 息基器件、存儲(chǔ)器器件和擴(kuò)展器件。存儲(chǔ)器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸 大量數(shù)據(jù)。擴(kuò)展器目前是備用件，為今后新型器件提供發(fā)展通道。將VXI儀器制作成寄存器 基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件 ，是在低層用二進(jìn)制信息編制程序。他的明顯優(yōu)點(diǎn)在于速度寄存器基器件完全是在 直接 硬件控制這一層次上進(jìn)行通信的。這種高速通信可以使測試系統(tǒng)吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件適用于虛擬儀器中信號(hào)/輸出部分的模塊（如開關(guān)、多路復(fù)用器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出 卡、模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入卡、信號(hào)調(diào)理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用A SCII字符進(jìn)行通信，與這種器件十分相似是獨(dú)立HPIB儀器。消息基器件用一組意義 明確的 “字串行協(xié)議”相互進(jìn)行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤 要求。消息基器件必須有CPU（或DSP）進(jìn)行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器 中數(shù)字信號(hào)處理部分的模塊。

軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用軟件（軟面板） 。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。