1.2.2 虚拟仪器的构成方式
虚拟仪器的硬件平台由计算机和其I/O接口设备两部分组成。I/O接口设备主要执行信号的输入、数据采集、放大、模/数转换等任务。
根据I/O接口设备总线类型的不同，虚拟仪器的构成方式主要有插卡式DAQ、GPIB、VXI、PXI、串口总线、现场总线等六种标准硬件体系结构，如图1-2所示。
1.基于PC的插卡式（PC-DAQ）虚拟仪器
通过在PC内直接插入一块内插式多功能数据采集卡，将前端仪器（如传感器等）传来的模拟信号采集到计算机，直接经过PCI总线，由CPU进行分析、处理，再通过显示器显示，外接打印机打印等。微处理器可以立即访问这些数据。数据由微处理器和数据采集板共享。它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。
图1-2 虚拟仪器的构成方式
在性能上，随着A/D转换技术、仪器放大技术、抗混叠滤波技术与信号调理技术的迅速发展，DAQ的采样速率已达到1 Gb/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能任意结合数字I/O、模拟I/O、计数器/定时器等通道。
许多仪器厂家生产了大量的DAQ功能模块以供选择，如示波器、数字万用表、动态信号分析仪、任意波形发生器等。在PC上挂接若干DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有多种功能的PC仪器。
一块DAQ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，再配以相应的信号调理电路组件，即可构成各种虚拟仪器硬件平台。这种仪器功能灵活、通用性强、可靠性高、性价比高，是一种非常实用的虚拟仪器结构方案，应用非常广泛。
2.基于GPIB总线的虚拟仪器
GPIB（IEEE 488）是计算机和仪器间的标准通信协议，也是最早的仪器总线。一个典型的GPIB测试系统包括1台PC、1块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器，每台GPIB仪器有单独的地址，由计算机控制操作。1块GPIB接口卡最多可连接15台GPIB仪器。GPIB接口板插入计算机的插槽中，建立起计算机与具有GPIB接口的仪器设备之间的通信桥梁。
利用GPIB技术，可以用计算机实现对仪器的操作和控制，由此替代传统的人工操作方式，排除人为因素造成的测量误差。同时由于可以预先编制好测试程序，实现自动测试，提高了测试的可靠性和效率。
利用GPIB技术，可以方便地将多台仪器组合起来，形成较大的自动测试系统。系统中的仪器可以增加、减少或更换，只需对计算机的控制软件作相应改动，就可高效、灵活地完成各种不同规模的测试任务。
利用GPIB技术，还可以方便地扩展传统仪器的功能。例如，把示波器的信号送到计算机后，增加频谱分析计算法，就可以把示波器扩展为频谱分析仪。
在价格上，GPIB仪器覆盖了从比较便宜的到异常昂贵的仪器。但是GPIB的数据传输速度一般低于500 kb/s，不适用于有实时性要求及高速测试的系统。
目前，多数测试仪器配有GPIB接口。
3.基于VXI总线的虚拟仪器
VXI总线是一种高速计算机总线在仪器领域的扩展。VXI总线是在VME总线、IEEE 488等基础上形成的一种开放型仪器总线标准。VXI系统由VXI标准机箱、零槽控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系统应用软件等组成。它最多可包含256个模块，系统中各功能模块可随意更换、即插即用组成新的系统。
VXI总线标准具有标准开放、即插即用、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时与同步精确、模块可重复利用、众多仪器生产厂商支持等优点，应用越来越广。VXI规范使得用户在组建VXI系统时可不必局限于一家厂商的产品，允许根据自己的要求自由选购各仪器厂商的仪器模块，从而使系统达到最优。
尤其在组建中大规模自动测量控制系统，以及对速度、精度要求非常高的场合，VXI有其他仪器无法比拟的优点。另外，VXI总线的组建方案功能最为强大，组建的系统最为稳定，但VXI总线实现强大功能的同时，价格也是十分昂贵的。
4.基于PXI总线的虚拟仪器
NI公司于1997年最新推出PXI控制方案，基于PCI总线的虚拟仪器系统构架，PXI将主流PCI计算技术和控制器采用现流行的奔腾MMX处理器，带有标准GPIB接口、并/串口、以太网络接口及显示器接口，为用户组建速度高、成本低、结构紧凑的测试系统提供了可行性。
PXI是一种新的基于工业标准PCI总线的开放式、模块化仪器总线规范，其核心是Compact PCI结构和Microsoft Windows软件。PXI是在PCI总线内核技术基础上增加了成熟的技术规范和要求形成的，例如增加了多板同步的触发总线和参考时钟，用于精确定时的星形触发总线以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等。
PXI兼容Compact PCI机械规范，并增加了主动冷却、环境测试（震动、冲击、温度、湿度试验）等要求，这样确保了多供应商产品的互操作性和系统的集成性。PXI总线系统成本低、运行速度快、体积紧凑，并且PXI的传输速度可达到100 Mb/s。因此，PXI总线目前已成为搭建虚拟仪器的首选硬件平台。
5.基于串口总线的虚拟仪器
通过串口可实现仪器与计算机、仪器与仪器之间的相互通信，从而组成由多台仪器构成的自动测试系统。RS-232总线是早期采用的PC通用串行总线，适合于单台仪器与计算机的连接，但控制性能较差。当今PC已更多采用USB和IEEE l394总线，基于USB和IEEE 1394总线的虚拟仪器开发已经受到重视。但是，USB总线目前只用于较简单的测试系统。在用虚拟仪器组建自动测试系统时，目前最有发展前景的是采用IEEE 1394高速串行总线，因为当前虚拟仪器所用IEEE l394总线的传输速度最高已达到100 Mb/s。
6.基于现场总线的虚拟仪器
现场总线系统以现场总线（Field Bus）为纽带，把多个分散的智能仪表、控制设备（包括智能传感器）连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络与控制系统。用于现场总线系统的智能传感器、变送器、仪表等统称为现场总线仪表。各种现场总线仪表采用标准化的、开放式通信协议，这样不同厂商的产品可以方便地挂接在现场总线上，使系统具有可操作性。
现场总线是一种全数字化、串行、双向、多站的通信网络，采用一对简单的双绞线进行数据传输与信息交换。影响广泛的现场总线有FF总线、LON总线、LonWorks总线、CAN总线、ProfiBus总线等。
目前虚拟仪器的硬件结构最常用的是DAQ、VXI、PXI、GPIB及其组合，此外工业过程控制和自动化系统中常用的PLC及现场总线设备也可看做VI的硬件部分。国际上仪器生产厂商为使虚拟仪器能够适应VXI、PXI及现场总线配置，开发了大量的软件以及相适应的硬件（插件），可以灵活组建不同复杂程度的虚拟仪器系统。VXI、PXI、现场总线等总线系统的出现和发展为虚拟仪器的发展带来了新动力，为虚拟仪器提供了更广阔更理想的开发平台，进一步增强了虚拟仪器的功能和性能。