虚拟仪器总线发展和应用

27年前,美国国家仪器公司ni(national instruments)提出“软件即是仪器”的概念,推出了labview直观的流程图编程风格的软件开发和运行平台,引发了测控技术领域的一场重大变革,使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域,开启了虚拟仪器(vi)的先河。

虚拟仪器可以充分利用现有计算机资源,配以独特设计的软硬件,实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。它依赖软件,通过计算机来控制测试硬件、分析和提供测试数据。由于没有专门的前面板、显示器和电源,其硬件通常在pc或vxi/cpci主机中,所有仪器面板和显示器都在监视器上模拟,所以称为虚拟仪器。虚拟仪器不但功能多样、测量准确,而且界面友好、操作简易,与其它设备集成方便灵活。虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。用户可以根据不同要求,设计自己的仪器系统,满足多样的应用需求。其特点是价格适中、功能强、测试速度快、可重组。有趋势表明,虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品,成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心,并成为机器人的核心技术。

目前,虚拟仪器有两类。一类基于pc,它是由pc、能插入pc机箱的插卡或模块和相关测试软件(如labview)所构成。采用这种结构能构成基于pc的示波器、任意波形发生器、波形分析仪、函数发生器、逻辑分析仪、电压表和数据采集产品。另一类基于vxi或cpci/pxi专用系统,采用这种结构能构成用于生产测试的高性能专用测试系统、数据采集系统和自动测试设备(ate)。

插卡型虚拟仪器:isa、pcmcia、pci

基于通用pc的硬件,可以利用pc机组建成为灵活的虚拟仪器,是现在比较流行的虚拟仪器系统。这种方式借助于插入pc机或工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合,完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及系统软件的便利,其关键在于a/d转换技术。

插卡类型有isa卡、pcmcia卡和pci卡等多种类型。随着计算机的发展,isa型插卡已经逐渐退出舞台。pcmcia卡由于受到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。而pci总线正在广泛使用,已经成为pc的事实标准。它是一种同步的独立于cpu的32位或64位局部总线,时钟频率为33mhz,数据传输率高达132～264mbps,pci总线技术的无限读写突发方式,可在一瞬间发送大量数据。pci总线上的外围设备可与cpu并发工作,从而提高了整体性能。pci总线还有自动配置功能,从而使所有与pci兼容的设备实现真正的“即插即用”(plug&play)。