27年前，美國國家 儀器 公司NI(National Instruments)提出“軟件即是儀器”的概念，推出了LabVIEW直觀的流程圖編程風格的軟件開發和運行平臺，引發了測控技術領域的一場重大變革，使得計算機和網絡技術得以長驅直入儀器領域，開啟了虛擬儀器(VI)的先河。
虛擬 儀器 可以充分利用現有計算機資源，配以獨特設計的軟硬件，實現普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無法實現的功能。它依賴軟件，通過計算機來控制測試硬件、分析和提供測試數據。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主機中，所有儀器面板和顯示器都在監視器上模擬，所以稱為虛擬儀器。虛擬儀器不但功能多樣、測量準確，而且界面友好、操作簡易，與其它設備集成方便靈活。虛擬儀器技術的出現徹底打破了傳統儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，給用戶一個充分發揮自己才能和想象力的空間。用戶可以根據不同要求，設計自己的儀器系統，滿足多樣的應用需求。其特點是價格適***能強、測試速度快、可重組。有趨勢表明，虛擬儀器*終要取代大量的傳統儀器成為儀器領域的主流產品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心，并成為機器人的核心技術。
目前，虛擬儀器有兩類。一類基于PC，它是由PC、能插入PC機箱的插卡或模塊和相關測試軟件(如LabVIEW)所構成。采用這種結構能構成基于PC的示波器、任意波形發生器、波形分析儀、函數發生器、邏輯分析儀、電壓表和數據采集產品。另一類基于VXI或CPCI/PXI專用系統，采用這種結構能構成用于生產測試的高性能專用測試系統、數據采集系統和自動測試設備(ATE)。
插卡型虛擬儀器 ：ISA、PCMCIA、PCI
基于通用PC的硬件，可以利用PC機組建成為靈活的虛擬儀器，是現在比較流行的虛擬儀器系統。這種方式借助于插入PC機或工控機內的數據采集卡與專用的軟件相結合，完成測試任務。它充分利用計算機的總線、機箱、電源及系統軟件的便利，其關鍵在于A/D轉換技術。
插卡類型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多種類型。隨著計算機的發展，ISA型插卡已經逐漸退出舞臺。PCMCIA卡由于受到結構連接強度太弱的限制影響了它的工程應用。而PCI總線正在廣泛使用，已經成為PC的事實標準。它是一種同步的獨立于CPU的32位或64位局部總線，時鐘頻率為33MHz，數據傳輸率高達132～264MBps，PCI總線技術的無限讀寫突發方式，可在一瞬間發送大量數據。PCI總線上的外圍設備可與CPU并發工作，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兼容的設備實現真正的“即插即用”(plug&play)。
由于插卡型儀器多數沒有抗混濾波器且分時采樣，特別要注意混疊現象和通道間相位差。因個人計算機數量非常龐大，插卡式儀器價格*便宜，因此其用途廣泛，特別適合于教學部門和各種實驗室使用。目前仍有強大的生命力。
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時都需要打開機箱等，操作不便。而且主機上的PCI插槽有限，再加上測試信號直接進入計算機，各種現場的被測信號對計算機的**造成很大的威脅，同時，計算機內部的強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成為廉價型虛擬儀器測試系統的主流。
虛擬儀器系統采用的總線包括傳統的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機早期采用的串行總線，技術成熟，應用廣泛，至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測試系統。近年來，USB總線得到廣泛的支持，微軟的全系列操作系統均支持USB。但是，USB總線也只限于用在較簡單的測試系統中。用虛擬儀器組建自動測試系統，更有前途的是采用IEEE1394串行總線，這是因為這一種高速串行總線，能夠以100、200或400Mb/s的速率傳送數據，顯然會成為虛擬儀器發展*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達到100Mb/s。
利用PC機的各種串口通訊，可把硬件集成在一個采集盒里或一個探頭上，軟件裝在PC機上，通常可以完成各種虛擬儀器的功能。它們的*大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業。又可與臺式PC機或工控機相連，實現臺式和便攜式兩用，非常方便。特別是USB口和1394口具由于傳輸速度快、可以熱插拔、聯機使用方便的特點，很有發展前途，將成為未來虛擬儀器有巨大發展前景和廣泛市場的主流平臺。通過各種不同的接口總線，可以組建不同規模的自動測試系統。它可以借助不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調配并組建成為中小型甚至大型的自動調試系統。
世界各國的公司，特別是美國NI公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發了大量的軟件以及適應要求的硬件(插件)，可以靈活地組建不同復雜程度的虛擬儀器自動測試系統。
高精度集成系統：GPIB→VXI→PXI儀器總線
除了利用通用計算機或工控機開發虛擬儀器外，專用的儀器總線系統也在不斷發展，成為構建高精度、集成化儀器系統的專用平臺。
GPIB總線(即IEEE488總線)是一種數字式并行總線，主要用于連接測試儀器和計算機。該總線*多可以連接15個設備(包括作為主控器的主機)。如果采用高速HS488交互握手協議，傳輸速率可高到8MBps。作為早期虛擬儀器發展的產物，目前已經逐步退出市場。
VXI總線(即IEEE1155總線)是一種高速計算機總線—VME總線在儀器領域的擴展。VXI總線具有標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強，*高可達40MBps，定時和同步**、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的特點，因此得到了廣泛的應用。經過10多年的發展，VXI系統的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規模自動測量系統以及對速度、精度要求高的場合。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高，其推廣應用受到一定限制，主要應用集中在航空、航天等國防**領域。目前這種類型也有逐漸退出市場的趨勢。
PXI總線是以CompactPCI為基礎的，由具有開放性的PCI總線擴展而來(NI公司于1997年提出)。PXI總線符合工業標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發揮了PCI總線的全部優點。PXI構造類似于VXI結構，但它的設備成本更低、運行速度更快，體積更緊湊。目前基于PCI總線的軟硬件均可應用于PXI系統中，從而使PXI系統具有良好的兼容性。PXI還有高度的可擴展性，它有8個擴展槽，而臺式PCI系統只有3～4個擴展槽。PXI系統通過使用PCI-PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽。PXI總線的傳輸速率已經達到132Mbps(*高為500Mbps)，是目前已經發布的*高傳輸速率。
因此，基于PXI總線的儀器硬件將會得到越來越廣泛的應用。把臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優勢結合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺之一。在2003年，全球VXI的銷售額達到2.3億美元，PXI的銷售額達到0.8億美元。據權威人士預測，到2010年，PXI銷售額可望達到4.1億美元，年增長率約為25.4%。
為了共享測試系統資源，越來越多的用戶正在轉向網絡。工業現場總線是一個網絡通訊標準，它使得不同廠家的產品通過通訊總線使用共同的協議進行通訊。現在，各種現場總線在不同行業均有一定應用;工業以太網也有望進入工業現場，應用前景廣闊;Internet已經深入各行各業乃至千家萬戶。嵌入式智能儀器設備聯網的需求將越來越廣泛。
為此，NI等公司已開發了通過Web瀏覽器觀測嵌入式儀器設備的產品，使人們可以通過Internet操作儀器設備。根據虛擬儀器的特性，人們能夠方便地將虛擬儀器組成計算機網絡。利用網絡技術將分散在不同地理位置不同功能的測試設備聯系在一起，使昂貴的硬件設備、軟件在網絡上得以共享，減少了設備重復投資。現在，有關MCN(Measurement and Control Networks)方面的標準已經取得了一定進展。由此可見，MCN網絡化虛擬儀器將具有廣泛的應用前景。
綜上所述，基于不同的通訊總線和聯網總線，虛擬儀器可面向高中低端的不同應用。目前，全球有成千上萬臺測控設備中正充分利用PC、網絡和通訊的相關技術，虛擬儀器有望取代測量技術傳統領域的各類儀器
公安機關備案號：
