虚拟仪器的分类和硬件构成

6．3．1　虚拟仪器的分类和硬件构成

按照虚拟仪器应用总线方式不同，可分为以下5种类型：

（1）PC总线虚拟仪器。这类虚拟仪器用一个信号调理模块与测控对象连接，利用插入计算机机箱内的数据采集卡（DAQ卡）与专用软件相结合完成测试任务。信号调理模块对被测信号进行采前处理，与此相连的数据采集卡可以完成A／D转换、D／A转换、数字输入／输出计数器、定时器等多种功能。计算机用中断方式响应用户对仪器的操作。它没有独立的测控机箱，充分利用了计算机的总线插槽（如ISA、PCI）、机箱电源和软件。这类虚拟仪器价格便宜，特别适合于教学部门和各类实验室使用。但是受到PC机机箱结构、总线结构和电源功率、机箱内部噪声等因素的限制和影响。

（2）串行总线虚拟仪器。这类虚拟仪器是指以串行总线将测控机箱与计算机连接起来的虚拟仪器。系统所用的传送线少，接口简单，成本低，传送距离远。常见的串行总线除了目前常用的RS -232或RS -485之外，还可采用USB和IEEE 1394（Fire Wire）总线。

（3）GP -IB通用总线（接口）虚拟仪器。GP -IB是常用的标准并行互连接口总线，在集中式测控系统中，计算机与测控系统靠得很近。为提高数据传输速率，大多采用并行接口总线。典型的GP -IB系统由一台PC机、一块GP -IB接口控制器卡（此卡插在PC机ISA插槽中）和若干台GP -IB形式（测控机箱内总线为GP -IB）的仪器前沿总成，通过GP -IB电缆（测量仪前沿总成与计算机的互连总线）连接而成。GP -IB技术可以方便地把多台仪器组合起来，形成大的自动测量系统。GP -IB系统结构、命令简单，造价较低，适合目前高精度、低传输速率的台式仪器市场。

（4）VXI总线虚拟仪器。这类虚拟仪器是以VXI总线为测控机箱内总线、大多以MXI总线与计算机互联的虚拟仪器。由于VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用以及众多厂家支持的优点，因而是虚拟仪器硬件的主流产品，尤其是在组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合，更具有其他仪器无可比拟的优势。但VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，故造价较高。

（5）PXI总线虚拟仪器。PXI在PCI总线内核技术上扩展而成，并具有高度可扩展性的用于测控设备机箱内部的总线方式。PXI总线在电气方面完全与CompactPCI（PCI总线的增强型）总线兼容，在机械结构方面与CompactPCI总线基本相同。为适合于测控仪器、设备或系统的要求，增加了系统参考时钟、触发器总线、星形触发器和局部总线等内容。由于台式PC机的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势，PXI虚拟仪器有可能成为未来虚拟仪器的主流产品平台。

虚拟仪器的硬件构成如图6．4和图6．5所示。图6．4是采用PC总线、GP -IB接口总线的虚拟仪器，图6．5表示了各种虚拟仪器的硬件结构。无论哪种总线的虚拟仪器，计算机均是必不可少的硬件基础。除此之外，在完整的虚拟仪器系统中，一般还应有仪器测控机箱总成和相应的通信电缆。有的还需配置相应的接口卡如GP -IB、DAQ卡等。在PC总线虚拟仪器中，直接利用计算机的机箱、电源作为测控机箱，原本需在独立机箱中布设的多种功能插件，则直接布设在数据采集卡（DAQ卡）上面，形成一种比较紧凑的结构。

图6．4　采用PC总线、GP -IB总线的虚拟仪器原理

图6．5　各种虚拟仪器的结构框图