隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大和精度要求不斷提高，人們建立大規(guī)模、自動(dòng)化、智能化電子測控系統(tǒng)的需求越來越迫切。20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的虛擬儀器技術(shù)開辟了電子測控系統(tǒng)的新紀(jì)元。“軟件就是儀器”的思想十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，在科研、開發(fā)、測量、檢測、計(jì)量、測控等領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。
1 虛擬儀器
所謂虛擬儀器（virtual instrument）[1]，實(shí)際上就是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測試儀器系統(tǒng)，是電子測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的、具有很好發(fā)展前景的新一類電子儀器。一臺(tái)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)或工作站配上功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件、低成本的硬件（例如插入式板卡）及驅(qū)動(dòng)軟件，他們在一起共同完成傳統(tǒng)儀器的功能。它將計(jì)算機(jī)采集測試分析引入到電子測量領(lǐng)域，用數(shù)字化和軟件技術(shù)極大地提高了測試的靈活性和可擴(kuò)充性。
2 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢
虛擬儀器包括微處理器、通訊端口(如串口、GPIB 接口)、顯示功能及數(shù)據(jù)采集等模塊，只需要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件程序即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理等功能。同時(shí)可以通過不同接口總線將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調(diào)配并組建成為中小型甚至大型的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)只是會(huì)受軟件功能大小的限制。
虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)得益于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。所有PC機(jī)主流技術(shù)的最新進(jìn)展，不管是CPU的更新?lián)Q代還是便攜式計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步實(shí)用化，不管是操作系統(tǒng)平臺(tái)的提升還是網(wǎng)絡(luò)乃至Internet的應(yīng)用拓展，都能夠?yàn)樘摂M儀器系統(tǒng)技術(shù)帶來新的活力和好處。如具有功能超卓的處理器和文件I/O，使在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析；使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，人們不但可以從任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻獲取測量信息，而且可以進(jìn)行異地或遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測、報(bào)警，為測控領(lǐng)域提供了很大的方便。同時(shí)虛擬儀器又與儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起，大幅降低資金投入、系統(tǒng)開發(fā)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本，以較少的開發(fā)時(shí)間和成本加速產(chǎn)品上市時(shí)間。
與基于硬件的傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器又具有無可比擬的優(yōu)勢：用戶可定義儀器功能，系統(tǒng)性能升級(jí)更新方便，儀器間可重復(fù)利用，并方便與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備連接使用，開發(fā)時(shí)間短，維護(hù)費(fèi)用低。
3 虛擬儀器中的軟、硬件
硬件是虛擬儀器工作的基礎(chǔ)，其主要功能是完成對被測信號(hào)的采集、傳輸和顯示輸出結(jié)果。虛擬儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以是任何通用電子計(jì)算機(jī)。對于工業(yè)控制自動(dòng)化來講，計(jì)算機(jī)已成為一種功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉的運(yùn)行平臺(tái)。當(dāng)各種與計(jì)算機(jī)相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)生時(shí)，虛擬儀器的應(yīng)用便隨之被推向一個(gè)新的層次。虛擬儀器借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，建立圖形化的虛擬面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示。而且由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷提高，使得虛擬儀器的價(jià)格更能為廣大用戶所接受。
除了各種類型的計(jì)算機(jī)，虛擬儀器還需要有相應(yīng)的外圍硬件設(shè)備即各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置功能插卡和外置程控測試設(shè)備，才能構(gòu)成完整的硬件體系。這里的外置程控測試設(shè)備是指帶有某種接口的測試設(shè)備，如帶有GPIB接口的 Pragmatic 2205A 任意波形發(fā)生器。隨著硬件生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，通過采用各種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，功能更完備、性能更優(yōu)越的各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置功能插卡產(chǎn)品也不斷面市，可以滿足測試的各種應(yīng)用要求。目前用得比較多的是數(shù)據(jù)采集卡和VXI儀器模塊。以數(shù)據(jù)采集卡為例，它通常具有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字I/O和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等功能，有些還具有數(shù)字濾波和數(shù)字信號(hào)處理的功能。現(xiàn)在的多功能數(shù)據(jù)采集卡多采用了“虛擬硬件”(Virtual Hardware，簡稱VH)的技術(shù)，它的思想源于可編程器件，使用戶通過程序能夠方便地改變硬件的功能或性能參數(shù)，從而依靠硬件設(shè)備的柔性來增強(qiáng)其適用性和靈活性。目前市面上的VH，其采樣率和精度都是可變的。
構(gòu)造一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)時(shí)，在硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能：數(shù)字濾波、頻譜變換、小波分析等。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過修改程序?qū)崿F(xiàn)功能完全不同的各種測量測試儀器,以滿足各種不同的需求。當(dāng)前測試系統(tǒng)軟件技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)突出標(biāo)志是：開放性測試系統(tǒng)軟件標(biāo)準(zhǔn)的建立和先進(jìn)圖形化編程開發(fā)環(huán)境的發(fā)展與應(yīng)用。可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令（Standard Commands for Programmable Instruments,SCPI）和虛擬軟件體系（Virtual Instruments Software Architecture,VISA）是自動(dòng)測試領(lǐng)域里兩個(gè)最重要的軟件標(biāo)準(zhǔn)。
通常在編制虛擬儀器的軟件時(shí)可以采用兩種編程方法：一種是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（如Visual C++，Visual Basic），另一種是圖形化編程語言（如NI公司的LabVIEW、Lab Windows/CVI和HP公司的VEE等）。對于普通計(jì)算機(jī)用戶，相對于面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，圖形化編程語言為開發(fā)虛擬儀器軟件提供了便利。LabVIEW是一種編譯型圖形編程環(huán)境,它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語言編程簡化成用簡單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能(圖形),并用線條把各種圖形連接起來的簡單圖形編程方式,使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測試要求和任務(wù)快速設(shè)計(jì)出自己的程序和儀器面板,大大提高了工作效率,減少了科研和工程技術(shù)人員的工作量,因此,LabVIEW是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。
虛擬儀器系統(tǒng)的軟件主要分為幾個(gè)層次，其中包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序和軟面板程序.儀器驅(qū)動(dòng)程序主要用來初始化虛擬儀器,設(shè)置特定的參數(shù)和工作方式,使虛擬儀器保持正常的工作狀態(tài).應(yīng)用程序主要對采入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,用戶就是通過編制應(yīng)用程序來定義虛擬儀器的功能的.軟面板程序用來提供虛擬儀器與用戶的接口,它可以在計(jì)算機(jī)屏幕上生成一個(gè)與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面,用于顯示測量的結(jié)果等,同時(shí),用戶還可以通過軟面板上的開關(guān)和按鈕,模擬傳統(tǒng)儀器的各種操作,通過鍵盤或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對虛擬儀器的操作[1-2].
虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與一起硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和一起硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起。
4 虛擬儀器的類型
虛擬儀器有多種分類方法，常用地按照接口方式和采用總線方式的不同分為：PC—DAQ插卡式虛擬儀器、串行口式虛擬儀器、并行接口虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器、GPIB虛擬儀器、VXI虛擬儀器、和PXI虛擬儀器等[3-5]。
1)、PC—DAQ插卡式虛擬儀器借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)合,通過軟件中的控件設(shè)計(jì)儀器。插卡類型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多種類型。ISA型插卡已經(jīng)逐漸退出舞臺(tái)。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)。
2)、串行口式虛擬儀器采用的總線包括RS232串口總線、ＵＳＢ通用串行總線(Universal serial bus)和IEEE1394總線(又叫Fireware總線) ，成為廉價(jià)型虛擬儀器測試系統(tǒng)的主流。RS232串口總線是傳統(tǒng)的串口總線方式，技術(shù)成熟，至今仍適用于測量要求不高的儀器系統(tǒng)中。ＵＳＢ通用串行總線和IEEE1394總線傳輸速率高，支持熱插拔實(shí)現(xiàn)“即插即用”的功能，應(yīng)用廣泛。
3)、并行口式虛擬儀器把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)，儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能。
4)、網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器：為了共享測試系統(tǒng)資源，越來越多的用戶正在轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)。各種現(xiàn)場總線在不同行業(yè)均有一定應(yīng)用；工業(yè)以太網(wǎng)也有望進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場，應(yīng)用前景廣闊；Internet已經(jīng)深入各行各業(yè)乃至千家萬戶。嵌入式智能儀器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需求將越來越廣泛。
5)、GPIB總線方式的虛擬儀器是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段，是現(xiàn)代測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的一個(gè)范例。它成功地將可編程儀器和計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系起來，從此電子測量一起由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展。用戶可以充分利用自己的計(jì)算機(jī)和儀器資源，且組建方便靈活、操作簡單，在VXI為主的體系結(jié)構(gòu)中，有時(shí)也采用GPIB作為輔助，稱補(bǔ)VXI儀器模塊的不足。但是數(shù)據(jù)傳輸率較和資源利用律有局限性。
6)、VXI總線（即IEEE1155總線）方式的虛擬儀器是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，依靠有效的標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊化方式，實(shí)現(xiàn)了系列化，通用化以及VXI虛擬儀器的互換性和互操作性其開放的體系結(jié)構(gòu)和即插即用的方式完全符合信息產(chǎn)品的要求，得到眾多儀器廠家支持，得到廣泛的應(yīng)用，成為儀器系統(tǒng)發(fā)展的主流。但造價(jià)較高，推廣受到一定限制，
7)、PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）總線方式的虛擬儀器是以CompactPCI為基礎(chǔ)的，由具有開放性的PCI總線擴(kuò)展而來。PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，具備機(jī)械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性，將臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢完美地相結(jié)合起來。
5 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用與前景
虛擬儀器精確的采樣，及時(shí)的數(shù)據(jù)處理和快速的數(shù)據(jù)傳輸使其在自動(dòng)控制領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它以計(jì)算機(jī)的發(fā)展為平臺(tái)，更迎合了當(dāng)今信息社會(huì)等各行業(yè)向智能化、自動(dòng)化、集成化發(fā)展的趨勢。靈活性，軟、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化令其在儀器計(jì)量領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)儀器。
網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的潮流將資料共享帶入了一個(gè)新的階段，加速了虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。PC技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)融合發(fā)展，虛擬儀器的功能得以進(jìn)一步的發(fā)展如更多的嵌入式和實(shí)時(shí)功能。隨著PC技術(shù)和相關(guān)科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)已成為一項(xiàng)前沿學(xué)科，代表著儀器發(fā)展的最新方向，不斷地被推向各個(gè)新的領(lǐng)域，在新的世紀(jì)將大行其道。
1 虛擬儀器
所謂虛擬儀器（virtual instrument）[1]，實(shí)際上就是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測試儀器系統(tǒng)，是電子測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的、具有很好發(fā)展前景的新一類電子儀器。一臺(tái)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)或工作站配上功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件、低成本的硬件（例如插入式板卡）及驅(qū)動(dòng)軟件，他們在一起共同完成傳統(tǒng)儀器的功能。它將計(jì)算機(jī)采集測試分析引入到電子測量領(lǐng)域，用數(shù)字化和軟件技術(shù)極大地提高了測試的靈活性和可擴(kuò)充性。
2 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢
虛擬儀器包括微處理器、通訊端口(如串口、GPIB 接口)、顯示功能及數(shù)據(jù)采集等模塊，只需要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件程序即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理等功能。同時(shí)可以通過不同接口總線將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調(diào)配并組建成為中小型甚至大型的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)只是會(huì)受軟件功能大小的限制。
虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)得益于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。所有PC機(jī)主流技術(shù)的最新進(jìn)展，不管是CPU的更新?lián)Q代還是便攜式計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步實(shí)用化，不管是操作系統(tǒng)平臺(tái)的提升還是網(wǎng)絡(luò)乃至Internet的應(yīng)用拓展，都能夠?yàn)樘摂M儀器系統(tǒng)技術(shù)帶來新的活力和好處。如具有功能超卓的處理器和文件I/O，使在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析；使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，人們不但可以從任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻獲取測量信息，而且可以進(jìn)行異地或遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測、報(bào)警，為測控領(lǐng)域提供了很大的方便。同時(shí)虛擬儀器又與儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起，大幅降低資金投入、系統(tǒng)開發(fā)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本，以較少的開發(fā)時(shí)間和成本加速產(chǎn)品上市時(shí)間。
與基于硬件的傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器又具有無可比擬的優(yōu)勢：用戶可定義儀器功能，系統(tǒng)性能升級(jí)更新方便，儀器間可重復(fù)利用，并方便與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備連接使用，開發(fā)時(shí)間短，維護(hù)費(fèi)用低。
3 虛擬儀器中的軟、硬件
硬件是虛擬儀器工作的基礎(chǔ)，其主要功能是完成對被測信號(hào)的采集、傳輸和顯示輸出結(jié)果。虛擬儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以是任何通用電子計(jì)算機(jī)。對于工業(yè)控制自動(dòng)化來講，計(jì)算機(jī)已成為一種功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉的運(yùn)行平臺(tái)。當(dāng)各種與計(jì)算機(jī)相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)生時(shí)，虛擬儀器的應(yīng)用便隨之被推向一個(gè)新的層次。虛擬儀器借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，建立圖形化的虛擬面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示。而且由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷提高，使得虛擬儀器的價(jià)格更能為廣大用戶所接受。
除了各種類型的計(jì)算機(jī)，虛擬儀器還需要有相應(yīng)的外圍硬件設(shè)備即各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置功能插卡和外置程控測試設(shè)備，才能構(gòu)成完整的硬件體系。這里的外置程控測試設(shè)備是指帶有某種接口的測試設(shè)備，如帶有GPIB接口的 Pragmatic 2205A 任意波形發(fā)生器。隨著硬件生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，通過采用各種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，功能更完備、性能更優(yōu)越的各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置功能插卡產(chǎn)品也不斷面市，可以滿足測試的各種應(yīng)用要求。目前用得比較多的是數(shù)據(jù)采集卡和VXI儀器模塊。以數(shù)據(jù)采集卡為例，它通常具有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字I/O和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等功能，有些還具有數(shù)字濾波和數(shù)字信號(hào)處理的功能。現(xiàn)在的多功能數(shù)據(jù)采集卡多采用了“虛擬硬件”(Virtual Hardware，簡稱VH)的技術(shù)，它的思想源于可編程器件，使用戶通過程序能夠方便地改變硬件的功能或性能參數(shù)，從而依靠硬件設(shè)備的柔性來增強(qiáng)其適用性和靈活性。目前市面上的VH，其采樣率和精度都是可變的。
構(gòu)造一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)時(shí)，在硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能：數(shù)字濾波、頻譜變換、小波分析等。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過修改程序?qū)崿F(xiàn)功能完全不同的各種測量測試儀器,以滿足各種不同的需求。當(dāng)前測試系統(tǒng)軟件技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)突出標(biāo)志是：開放性測試系統(tǒng)軟件標(biāo)準(zhǔn)的建立和先進(jìn)圖形化編程開發(fā)環(huán)境的發(fā)展與應(yīng)用。可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令（Standard Commands for Programmable Instruments,SCPI）和虛擬軟件體系（Virtual Instruments Software Architecture,VISA）是自動(dòng)測試領(lǐng)域里兩個(gè)最重要的軟件標(biāo)準(zhǔn)。
通常在編制虛擬儀器的軟件時(shí)可以采用兩種編程方法：一種是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（如Visual C++，Visual Basic），另一種是圖形化編程語言（如NI公司的LabVIEW、Lab Windows/CVI和HP公司的VEE等）。對于普通計(jì)算機(jī)用戶，相對于面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，圖形化編程語言為開發(fā)虛擬儀器軟件提供了便利。LabVIEW是一種編譯型圖形編程環(huán)境,它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語言編程簡化成用簡單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能(圖形),并用線條把各種圖形連接起來的簡單圖形編程方式,使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測試要求和任務(wù)快速設(shè)計(jì)出自己的程序和儀器面板,大大提高了工作效率,減少了科研和工程技術(shù)人員的工作量,因此,LabVIEW是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。
虛擬儀器系統(tǒng)的軟件主要分為幾個(gè)層次，其中包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序和軟面板程序.儀器驅(qū)動(dòng)程序主要用來初始化虛擬儀器,設(shè)置特定的參數(shù)和工作方式,使虛擬儀器保持正常的工作狀態(tài).應(yīng)用程序主要對采入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,用戶就是通過編制應(yīng)用程序來定義虛擬儀器的功能的.軟面板程序用來提供虛擬儀器與用戶的接口,它可以在計(jì)算機(jī)屏幕上生成一個(gè)與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面,用于顯示測量的結(jié)果等,同時(shí),用戶還可以通過軟面板上的開關(guān)和按鈕,模擬傳統(tǒng)儀器的各種操作,通過鍵盤或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對虛擬儀器的操作[1-2].
虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與一起硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和一起硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起。
4 虛擬儀器的類型
虛擬儀器有多種分類方法，常用地按照接口方式和采用總線方式的不同分為：PC—DAQ插卡式虛擬儀器、串行口式虛擬儀器、并行接口虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器、GPIB虛擬儀器、VXI虛擬儀器、和PXI虛擬儀器等[3-5]。
1)、PC—DAQ插卡式虛擬儀器借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)合,通過軟件中的控件設(shè)計(jì)儀器。插卡類型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多種類型。ISA型插卡已經(jīng)逐漸退出舞臺(tái)。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)。
2)、串行口式虛擬儀器采用的總線包括RS232串口總線、ＵＳＢ通用串行總線(Universal serial bus)和IEEE1394總線(又叫Fireware總線) ，成為廉價(jià)型虛擬儀器測試系統(tǒng)的主流。RS232串口總線是傳統(tǒng)的串口總線方式，技術(shù)成熟，至今仍適用于測量要求不高的儀器系統(tǒng)中。ＵＳＢ通用串行總線和IEEE1394總線傳輸速率高，支持熱插拔實(shí)現(xiàn)“即插即用”的功能，應(yīng)用廣泛。
3)、并行口式虛擬儀器把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)，儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能。
4)、網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器：為了共享測試系統(tǒng)資源，越來越多的用戶正在轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)。各種現(xiàn)場總線在不同行業(yè)均有一定應(yīng)用；工業(yè)以太網(wǎng)也有望進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場，應(yīng)用前景廣闊；Internet已經(jīng)深入各行各業(yè)乃至千家萬戶。嵌入式智能儀器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需求將越來越廣泛。
5)、GPIB總線方式的虛擬儀器是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段，是現(xiàn)代測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的一個(gè)范例。它成功地將可編程儀器和計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系起來，從此電子測量一起由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展。用戶可以充分利用自己的計(jì)算機(jī)和儀器資源，且組建方便靈活、操作簡單，在VXI為主的體系結(jié)構(gòu)中，有時(shí)也采用GPIB作為輔助，稱補(bǔ)VXI儀器模塊的不足。但是數(shù)據(jù)傳輸率較和資源利用律有局限性。
6)、VXI總線（即IEEE1155總線）方式的虛擬儀器是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，依靠有效的標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊化方式，實(shí)現(xiàn)了系列化，通用化以及VXI虛擬儀器的互換性和互操作性其開放的體系結(jié)構(gòu)和即插即用的方式完全符合信息產(chǎn)品的要求，得到眾多儀器廠家支持，得到廣泛的應(yīng)用，成為儀器系統(tǒng)發(fā)展的主流。但造價(jià)較高，推廣受到一定限制，
7)、PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）總線方式的虛擬儀器是以CompactPCI為基礎(chǔ)的，由具有開放性的PCI總線擴(kuò)展而來。PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，具備機(jī)械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性，將臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢完美地相結(jié)合起來。
5 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用與前景
虛擬儀器精確的采樣，及時(shí)的數(shù)據(jù)處理和快速的數(shù)據(jù)傳輸使其在自動(dòng)控制領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它以計(jì)算機(jī)的發(fā)展為平臺(tái)，更迎合了當(dāng)今信息社會(huì)等各行業(yè)向智能化、自動(dòng)化、集成化發(fā)展的趨勢。靈活性，軟、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化令其在儀器計(jì)量領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)儀器。
網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的潮流將資料共享帶入了一個(gè)新的階段，加速了虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。PC技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)融合發(fā)展，虛擬儀器的功能得以進(jìn)一步的發(fā)展如更多的嵌入式和實(shí)時(shí)功能。隨著PC技術(shù)和相關(guān)科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)已成為一項(xiàng)前沿學(xué)科，代表著儀器發(fā)展的最新方向，不斷地被推向各個(gè)新的領(lǐng)域，在新的世紀(jì)將大行其道。
