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1、当今仪器仪表的特点与设计方法jiangf导语：当代仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变构造，而是越来越表现出柔性化和智能化1当今仪器仪表的特点1.1硬件功能软件化随着微电子技术的开展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，已被广泛应用于仪器仪表中，使得一些实时性要求很高，本来由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至很多原来用硬件电路难以解诀或者根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的开展和高速数字信号处理器的广泛采用，极大地增强了仪器的信号处理才能。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些
2、运算假如在通用微机上用软件完成，运算时间较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算，大大进步了仪器性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。1.2集成化、模块化大规模集成电路LSI技术开展到今天，集成电路的密度越来越高，体积越来越小，内部构造越来越复杂，功能也越来越强大，进而大大进步了每个模块进而整个仪器系统的集成度。模块化功能硬件是当代仪器仪表的一个强有力的支持，它使得仪器更加灵敏，仪器的硬件组成更加简洁，比方在需要增加某种测试功能时，只需增加少量的模块化功能硬件，再调用相应的软件来使用此硬件即可。1.3参数整定与修改实时化随着各种现场可编程器件和在线编程技术的开展，仪器仪
3、表的参数甚至构造不必在设计时就确定，而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改。1.4硬件平台通用化当代仪器仪表强调软件的作用，选配一个或者几个带共性的根本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或者组成各种功能的仪器或者系统。一台仪器大致可分解为三个局部：1数据的收集；2数据的分析与处理；3存储、显示或者输出。传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件根据仪器功能按固定的方式组建，一般一种仪器只有一种或者数种功能。而当代仪器那么是将具有上述一种或者多种功能的通用硬件模块组合起来，通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。2仪器仪表设计的新方法为了造应仪器仪表开展的新特点，各种新型的设计
4、工具和设计方法不断涌现。这里择其具有代表性的二者加以介绍。2.1仪器仪表的虚拟化设计与LabVIEW图形化发工具电子仪器与计算机技术更深层次的结合产生了一种新的仪器形式：虚拟仪器VirtualInstrument。虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户操纵这台通用计算机就像操纵一台自己专门设计的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的作用，提出了“软件就是仪器的概念。它是电子测试与仪器领域中开展方兴未艾的技术，十分适用于当代越来越复杂的测试系统。NI公司的LabVIEW是一套专为数据收集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件。它增强了用户在标准的计算机上配以高效经济
5、的硬件设备来构建自己的仪器系统的才能。将LabVIEW与一般的数据收集以及仪器设备加以组合，就可以设计出虚拟仪器，并将其应用于很多领域，而不象传统的仪器那样，受消费商所设计功能的限制。LabVIEW提供一种像数据流一样的编程方式，用户只要连接各个逻辑框即可构成程序。它的根本程序单位是VI。LabVIEW通过图形编程的方法，建立一系列的VI，来完成用户指定的测试任务。对于简单的测试任务，可由一个VI完成;对于复杂的测试任务，那么可按照模块设计的概念，把一项复杂的测试任务变成一系列的子任务。设计时，先设计各种VI以完成每项子任务，然后把这些VI组合起来以完成更大的任务，最后建成的顶层虚拟仪器就成为
6、一个包括诸多功能子虚拟仪器的集合。使用传统的程序设计语言开发仪器系统存在很多困难。开发者不仅要关心程序流程方面的问题，还必须考虑用户界面、数据同步、数据表达等复杂的问题，这些问题在LabVIEW中都迎刃而解了。LabVIEW还带有多种根本的VI库。其中包括采用GP-IB、VISA、VXI和串行接口的仪器的驱动程序。LabVIEW还拥有功能超强且庞大的分析函数库，其涵盖了统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成、时域频域分析及数字滤波等诸多科学领域。2.2ESP在系统可编程技术ISPInSystemProgrammability在系统可编程是指在用户自己设计的目的系统中或者线路板上为重构逻辑器件
7、进展编程或者反复编程的才能。这种重构可以在实验开发经过中、制造经过中甚至在交付用户使用后在现场进展或者通过Internet进展。ISP技术的应用，给仪器仪仪器仪表系统的设计带来了革命性的变化。它使得仪器仪表的硬件系统不再是固定构造，而是具有了软件的灵敏性，在调试经过中不断更改“软件就可到达硬件功能的改良，这种“软硬件的全新设计概念，使系统具有了极强的灵敏性的适应性。传统上，在系统可编程技术主要用于数字系统设计中，如美国Xilinx公司的FPGA现场可编程门阵列和CPLD复杂可编程逻辑器件等均支持ISP技术。1999年11月，美国Lattic公司推出了ispPAC在系统可编程模拟电路，将ISP技
8、术引入到了模拟系统中。在ispPAC出现前，模拟系统的设计往往是用大量标准器件来搭建。ispPAC的出现，使得高集成度的准确模拟设计可以通过一小片单片ispPAC来实现。从根本上简化和加速了模拟电路的设计、集成和装配。在系统可编程模拟器件可实现三种根本功能：1信号调理；2信号处理；3信号转换。信号调理主要是对信号进展放大，衰减，滤波。信号处理是指对信号进展求和、求差、积分运算。信号转换是指能把数字信号转换成模拟信号。同时，还可以将这些根本模拟功能进展灵敏的组合配置，设计出更加复杂的模拟系统。这种器件允许设计者使用EDA开发软件来设计和修改模拟电路，进展电路特性模拟，最后通过Lattic公司的ispDOWNLOADCABLE编程电缆将设计方案下载至芯片中，瞬间即可完成器件的重配置和重编程。3结论当代仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变构造，而是越来越表现出柔性化和智能化，适应性越来越强，功能越来越丰富。相应地，仪器仪表的设计需要更宽的知识面，因此也更富于挑战性。