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1、测试技术现代测试系统第1页，本讲稿共63页现代测试系统即计算机化测试系统现代测试系统即计算机化测试系统：l智能仪器、总线仪器、智能仪器、总线仪器、PC仪器、仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统；等微机化仪器及其自动测试系统；l计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，配以相应软件和硬件的计算机计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，配以相应软件和硬件的计算机实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。l计算机与现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相计算机与现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全
2、局意义上的相通性。通性。6.0 序序(Introduction)第2页，本讲稿共63页6.1 6.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成Configuration of the Computer-based Measurement Systems6.1.1 计算机测试系统的框图计算机测试系统的框图(diagram)被测对象传感器信号调理多路模拟开关采样保持A/D计算机总线D/A低通滤波激励装置功率放大CPUROMRAM键盘显示控制逻辑第3页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成6.1.2 多路模拟开关多路模拟开关(analog multiplexer)优
3、点：优点：功耗低，体积小，易于集功耗低，体积小，易于集成，速度快，且没有机械成，速度快，且没有机械式开关的抖动现象；式开关的抖动现象；译码器A0A1A2OUTS0S1S2S3S4S5S6S7CMOSCMOS场效应模拟电子开关的导通电阻一般在场效应模拟电子开关的导通电阻一般在200 200 以下，以下，关断时漏电流一般可达纳安级甚至皮安级，开关时间通常关断时漏电流一般可达纳安级甚至皮安级，开关时间通常为数百纳秒。为数百纳秒。缺点：缺点：导通电阻受电源、模拟信导通电阻受电源、模拟信号电平和环境温度变化的号电平和环境温度变化的影响。影响。第4页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的
4、基本组成6.1.3 A/D转换与转换与D/A转换转换(analog to digital converter and digital to analog converter)l 概念概念将模拟量转换成与其对应的数字量的过程称为模将模拟量转换成与其对应的数字量的过程称为模/数数（A/D）转换，反之，则称为数）转换，反之，则称为数/模（模（D/A）转换。）转换。实现上述过程的装置分别称为实现上述过程的装置分别称为A/D转换器和转换器和D/A转换器。转换器。l A/D转换转换A/D转换过程转换过程 采样：连续时间信号离散化采样：连续时间信号离散化 量化：连续幅值离散化量化：连续幅值离散化 编码：离散
5、幅值数字化编码：离散幅值数字化 第5页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成采样x(t)模拟信号取样信号s(t)0ts(t)xs(t)量化编码数字信号x(n)0tx(t)0tx(nt)tt0qx(n)000001010011nx(nt)A/D A/D转换过程转换过程 t：采样周期q：量化当量或量化步长，q=A/d A：信号x(t)取值区间的大小d：信号x(t)取值等间隔分割的数目第6页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成量化误差量化误差 (quantization error)经过量化和编码后得到的数字信号其幅值必然带来误差，这种误差称为量
6、化误差。量化误差的大小一般取决于二进制编码的位数，因为它决定了幅值被分割的间隔数量d。如采用8位二进制编码时，d=28=256，即量化当量为最大可测信号幅值的1/256。当采用舍入量化时，最大量化误差为 q/2，而采用截尾量化时，最大量化误差为q。第7页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成A/D转换的实现转换的实现 直接比较型直接比较型A/D转换器转换器 将输入模拟电压信号直接与作为标准的参考电压信号相比较，得到相应的数字编码。如逐次逼近式A/D转换器通过将待转换的模拟输入量Vi与一个推测信号VR相比较，根据比较结果调节VR以向Vi逼近。该推测信号VR由D/A转换器
7、的输出获得，当VR与Vi相等时，D/A转换器的输入数字量即为A/D转换的结果。第8页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成D/A转换器比较器D0D1Dn-1Dn数据输出数据锁存器移位寄存器控制逻辑时钟STARTEOCVREFViVR逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D原理框图原理框图 直接型直接型A/D转换器转换器属于瞬时比较，转属于瞬时比较，转换速度快，常作为换速度快，常作为数字信号处理系统数字信号处理系统的前端，但缺点是的前端，但缺点是抗干扰能力差。抗干扰能力差。第9页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成 间接比较型间接比较型A/D转换器转
8、换器 将输入的模拟信号与参考信号转换为某种中间变量（如时间、频率、脉冲宽度等），然后再对其比较得到相应的数字量输出。如双积分式A/D转换器先对输入模拟电压Vi进行固定时间的积分，然后通过控制逻辑转为对标准电压VREF进行反向积分，直至积分输出返回起始值，这样对标准电压积分的时间T将正比于Vi。Vi越大，反向积分时间越长。若用高频标准时钟测量时间T，即可得到与Vi相应的数字量。第10页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成数字量输出积分器比较器ViVREF控制逻辑时钟计数器t积分输出TT1T2AB斜率固定(a)(b)双积分双积分A/D转换原理转换原理 间接型间接型A/D
9、转换器抗干扰转换器抗干扰能力强，但转换速度慢，能力强，但转换速度慢，常用于数字显示系统中。常用于数字显示系统中。第11页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成l D/A转换转换 D/A 转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号输出，其基本要求是输出信号A与输入数字量D成正比，即A=qD其中q为量化当量，即数字量的二进制码最低有效位所对应的模拟信号幅值。第12页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成D/A转换的基本原理转换的基本原理 式中：式中：ai（i=0，1，n-1）等于）等于0或或1，表示二进制，表示二进制数的第数的第i位。即二进制数
10、可表示为位。即二进制数可表示为an-1an-2a2a1a0。根据二进制计数方法，一个数是由各位数码组合而成根据二进制计数方法，一个数是由各位数码组合而成的，每位数码均有确定的权值，即的，每位数码均有确定的权值，即为了将数字量表示为模拟量，应将每一位代码按其权为了将数字量表示为模拟量，应将每一位代码按其权大小转换成相应的模拟量，然后根据迭加原理将各位大小转换成相应的模拟量，然后根据迭加原理将各位代码对应的模拟分量相加，其和即为与数字量成正比代码对应的模拟分量相加，其和即为与数字量成正比的模拟量，即实现了的模拟量，即实现了D/A转换。转换。第13页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试
11、系统的基本组成 T型电阻解码网络型电阻解码网络D/A转换器转换器 VR2R2R2R2RRR2RRFVoR2Ra0an-2an-3an-1T0Tn-3Tn-2Tn-1abc第14页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成D/A转换器低通滤波器nx(n)tx(t)tx(t)x(n)x(t)x(t)D/A转换过程转换过程 从D/A转换器得到的输出 Vo是转换指令来到时刻的一次瞬时值，要恢复为连续时域模拟信号，还须通过保持电路进行波形复原。保持电路相当于模拟存储器，其作用是在转换间隔的起始时刻接收D/A转换输出的模拟电压脉冲，并保持到下一转换间隔的开始（零阶保持器）。保持电路一
12、般通过对输入数字信号进行锁存实现。D/A经保持器输出的信号实际为许多矩形脉冲构成，须通过低通滤波滤去其中的高频噪声，从而恢复出原信号。第15页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成6.1.4 采样保持（采样保持（sample/hold）在对模拟信号进行 A/D变换时，从启动变换到变换结束，需要一定的时间，即A/D转换器的孔径时间。当输入信号频率较高时，由于孔径时间的存在，会造成较大的孔径误差。l 孔径时间与孔径误差孔径时间与孔径误差(aperture time and aperture error)为了防止孔径误差的产生，必须在 A/D转换开始时将信号电平保持住不变，
13、而在 A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即对输入信号处于采样状态。能完成上述功能的器件称为采样保持器。l 采样保持器采样保持器第16页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成采样保持采样控制信号tt输出输入x(t)s(t)采样保持波形采样保持波形 采样保持器在保持阶段相当于采样保持器在保持阶段相当于“模拟信号存储器模拟信号存储器”。第17页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成实际保持电压延时引入误差应保持电压采样保持获得时间TC+控制信号输入输出(a)(b)采样保持原理采样保持原理 采样期间，开关闭合，输入跟随器的输出给电容器 C快速充
14、电；保持期间，开关断开，由于输出缓冲放大器的输入阻抗极高，电容器上存储的电荷将基本维持不变，保持充电时的最终值供A/D转换。第18页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成采样保持器工作状态由外部控制信号控制，由于开关状态的切换需要一定的时间，因此实际保持的信号电压会存在一定的误差。这种时间滞后称为采样保持器的孔径时间。实际系统中，是否需要采样保持电路，取决于模拟信号的变化频率和 A/D转换时间，通常对直流或缓变低频信号进行采样时可不用采样保持电路。采样保持器的孔径时间必须远小于A/D的转换时间，同时也必须远小于信号的变化时间。第19页，本讲稿共63页计算机测试系统的基
15、本组成计算机测试系统的基本组成6.1.5 多通道数据采集系统的组成方式多通道数据采集系统的组成方式 S/HS/HS/H.A/DA/DA/D.CPUa)第20页，本讲稿共63页计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成S/HA/D多路开关CPU控制逻辑b).S/HS/HS/H.A/DCPU多路开关c)控制逻辑第21页，本讲稿共63页6.2 计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术(Configuration of the Computer-based Measurement Systems)6.2.1 总线的基本概念及其标准化总线的基本概念及其标准化总线是一组互联信号线的集合，是设
16、备与设备之间总线是一组互联信号线的集合，是设备与设备之间传送信息的公用信号线，可同时挂接多个模块或设传送信息的公用信号线，可同时挂接多个模块或设备，计算机系统中信息的互相传递通过总线实现。备，计算机系统中信息的互相传递通过总线实现。l总线总线 bus第22页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l总线的分类总线的分类地址总线、数据总线以及控制总线芯片（间）总线、（系统）内总线、（系统间）外总线并行总线和串行总线l总线标准化总线标准化 信号级兼容 输入和输出信号线的数量、各信号的定义、传递方 式和传递速度、信号逻辑电平和波形、信号线的输 入阻抗和驱动能力等。第23页，本
17、讲稿共63页命令级兼容 除了对接口的输入、输出信号建立统一规范外，对接口的命令系统也建立统一规范，包括命令的定义和功能、命令的编码格式等。程序级兼容 在命令级兼容的基础上，对输入、输出数据的定义和编码格式也建立统一的规范。不论在何种层次上兼容的总线，接口的机械结构都应建立统一规范，包括接插件的结构和几何尺寸、引脚定义和数量、插件板的结构和几何尺寸等。计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第24页，本讲稿共63页6.2.2 总线的通信方式总线的通信方式外设CPU总线接口逻辑读操作请求读应答输入读操作请求读应答输出写操作请求写应答输入写操作请求写应答输出数据数据CPUCPU与外设并行应答
18、式通信原理与外设并行应答式通信原理 对于串行总线，硬件应答线不存在，此时就必须由软件根据规定的通信协议来实现应答信息的交互。计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第25页，本讲稿共63页6.2.3 测控系统内部总线测控系统内部总线l ISA/PC104/AT96总线总线 起源起源 IBM PC/XT计算机应用应用 面向特定CPU，8086以及Pentium。发展发展PC/XT8位PC/ATISA 16位PC104AT96EISA32位计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第26页，本讲稿共63页l VME/VXI总线总线 VME：Versa Module EuropeVer
19、sa：Motorola公司68000处理器总线。VMEbus：采用高可靠的针式连接器非复用32位异步总线，总线速度自动与器件速度适配传输32位、16位和8位数据，具有数据块传输方式传输单一数据时最大速率为19 MB/s,传输数据块时最大速率为30 MB/sVME64 将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为 80 MB/s。VME64 总线规范将总线速度提高到了320 MB/s。7条菊花链中断线计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第27页，本讲稿共63页VXI：VMEbus eXtension for Instrumentation，是VME总线在仪器领域的扩展。是在VME总
20、线、Eurocard标准（机械结构标准）和IEEE 488等的基础上制定的开放性仪器总线标准。VXI 系统最多可包含 256 个装置，主要由主机箱、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。系统中各功能模块可随意更换，即插即用组成新系统。VXI总线组织VXI联盟VXI总线即插即用(VXI plug&play，VPP)系统联盟计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第28页，本讲稿共63页l PCI/CompactPCI总线总线 PCI：Peripheral Component Interconnect，由PCISIG(PCI Special Interest G
21、roup)制定PCI局部总线是微型机上的处理器/存储器与外围控制部件、外围附加卡之间的互连机构，它规定了互连机构的协议、电气、机械以及配置空间规范。在电气方面还专门定义了5V和3.3V的信号环境。PCI局部总线规范是当今微型机行业事实上的标准，也是业界微型机系统及产品普遍遵循的工业标准之一。计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第29页，本讲稿共63页PCI局部总线的主要特点局部总线的主要特点地址、数据多路复用的高性能32位或64位同步总线。高性能和高带宽。支持猝发工作方式，在33 MHz总线时钟、32/64位数据通路时可达到峰值132/264 MB/s的带宽。66 MHz总线时钟下
22、，可达到264/528 MB/s。PCI总线独立于处理器，通用性强，适用面广。多主能力。允许PCI总线的主设备能对等地访问总线上的任何主设备或目标设备。PCI的配置空间规范能保证全系统的自动配置，即插即用。计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术第30页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术CompactPCI总线总线PCI总线的电气规范总线的电气规范+标准针孔连接器（标准针孔连接器（IEC-1076-4-101）+欧洲卡规范（欧洲卡规范（IEC297/IEEE 1011.1）CompactPCI是当今最新的一种工业计算机总线标准。是当今最新的一种工业计算机总
23、线标准。CompactPCI通过改造现行的通过改造现行的 PCI规范，使其成为无源底规范，使其成为无源底版总线式的系统结构。版总线式的系统结构。CompactPCI 的基本系统设计成的基本系统设计成8块卡，并可通过块卡，并可通过 PCI PCI 桥芯片进行扩展。利用桥电桥芯片进行扩展。利用桥电路技术，也可将路技术，也可将CompactPCI与别的总线组成混合系统。与别的总线组成混合系统。第31页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l PXI总线总线 PXI：PCI eXtension for Instrumentation，是开放式、模块化的仪器总线，是PCI总线在
24、仪器领域的扩展。PXI与CompactPCI完全兼容，PXI与CompactPCI模块可以在同一系统中共存而不发生冲突。PXI扩充了CompactPCI规范，对提供优异的机械完整性及易装易卸的PCI硬件定义了坚固的结构形式。PXI增加了触发总线、用于高速定时的系统参考时钟、用于进行多板精确同步的星形触发总线以及相邻仪器模块进行高速通信的局部总线。更能满足仪器用户的需要。PXI总线采用成熟 PC技术，与 PC100%兼容。第32页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术6.2.4 测控系统外部总线测控系统外部总线RS-232C是美国电子工业协会EIA(Electronic
25、 Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。l RS-232C总线总线 RS-232C规定的数据传输速率为300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s等。RS-232C 总线标准设有25条信号线，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C 通信距离受负载电容影响。若采用 150 pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15 m；电容量减小，通信距离可以增加。第33页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术RS-232CRS-232C传
26、输的信号电平对地对称，其逻辑0电平规定为+5+15 V之间，逻辑1电平规定为5 15 V之间，因此，计算机系统采用 RS-232C通讯时需经过电平转换接口。RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，一般用于20 m以内的通信。RS-232C未规定标准的连接器，同样是 RS-232C 接口却可能互不兼容。第34页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l RS-449/RS-423A/422A/485总线总线 RS-449是一种物理接口功能标准，规定了标准连接器。其电气标准依据RS-423A或RS-422A以及RS-485。RS-423A和RS-4
27、22A分别给出在RS-449应用中对电缆、驱动器和接收器的要求。RS-423A给出采用非平衡(单端)发送、差分接收接口；RS-422A 采用平衡(双端)驱动、差分接收接口。RS-423A/422A 比RS-232C传输信号距离长、速度快，最大传输率可达10 Mbps（RS-422A 电缆长度120米，RS-423A电缆长度15 m）。若采用较低的传输速率，如90 000b/s，最大距离可达1200m。第35页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术RS-232C、RS-423A、RS422A电气连接图电气连接图 TTLTTLRS-232CTTLTTLRS-423A+TT
28、LTTLRS-422A+平衡线非平衡式差分传输第36页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术RS-485是RS-422A的变型。RS-422A为全双工，可同时发送与接收；RS-485则为半双工，在某一时刻，只能有一个发送器工作。RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，允许双导线上一个发送器驱动多达32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器（发送器和接收器的组合）。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以非常方便地联网构成分布式测控系统。第37页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机
29、测试系统的总线技术RS485网络接线图网络接线图 RABABABRTT1200m大地电路地电源地100 0.5W100 0.5W100 0.5W电源地大地电路地RtRt120120终端电阻终端电阻RABAB大地电路地电源地100 0.5W100 0.5WT使能使能使能BRT100 0.5W电源地大地电路地使能AABAB第38页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l GPIB总线总线 GPIB：general purpose interface bus，是计算机和仪器间的标准通信协议，它是最早的仪器总线，属于命令级兼容的并行总线接口标准。典型的 GPIB 测试系统包括
30、一台计算机、一块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。GPIB按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元。GPIB 总线上最多可连接 15台设备。最大传输距离为20 m，信号传输速度一般为 500 KB/s，最大传输速度为1 MB/s。第39页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l USB/IEEE-1394 USB：universal serial bus，USB1.1应用于中低速外部设备，传输速度有低速 1.5 Mbps 和全速 12 Mbps两种。USB
31、2.0 兼容 USB1.1，其速度可高达480 Mbps，支持多媒体应用。USB接口支持热插拔，USB设备单独使用自己的保留中断，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预，“即插即用”。USB采用hub或“级联”方式，一个USB控制器理论上可以连接多达127个外设，而每个外设间线缆长度可达5 m。USB接口提供内置电源。能向低压设备提供 5 V的电源，降低了设备的成本并提高了性价比。第40页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术IEEE 1394（firewire）也是一种高效的串行接口标准。IEEE 1394可以在一个端口上连接多达63个设备，设备
32、间采用树形或菊花链拓扑结构。IEEE 1394标准定义了两种总线模式，即：backplane模式和cable模式。其中backplane模式支持12.5、25、50 Mbps的传输速率；cable模式支持100、200、400 Mbps的传输速率。目前正在开发1 Gb/s的版本。IEEE 1394的主机和外设的复杂性远远高于USB系统，因而，成本也远远比USB为高。第41页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术l 现场总线现场总线 field bus现场总线是过程自动化和制造自动化现场设备或现场仪表互连的数字通信网络。主要解决的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备间
33、的数字通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线的技术特点：利用数字信号代替模拟信号，抗干扰性强。开放式互连网络。只需一对传输线（现场总线）互连，易于维护。系统的自治性强。与 DCS相比，现场总线减少了专 用的 I/O装置及控 制站，把 DCS 控制站的功能块分 散到现场设备，实现了彻底的分散控制。降低了成 本，提高了可靠性。第42页，本讲稿共63页计算机测试系统的总线技术计算机测试系统的总线技术常用的现场总线标准常用的现场总线标准 基金会现场总线FF(foundation field bus)、LonWorks(local operation network)、Pr
34、ofibus(process field bus)、CAN(control area network)、HART(highway addressable remote transduscer)、DeviceNet、WorldFIP等。第43页，本讲稿共63页6.3 虚拟仪器虚拟仪器 Virtual Instruments6.3.1 概述概述虚拟仪器：virtual instruments，简称VI虚拟仪器是基于计算机的自动化测试仪器系统，虚拟仪器利用加在计算机上的一组软件与仪器模块相连接，将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过计算机强大的图形界面和数
35、据处理能力提供对测量数据的分析和显示。软件即仪器The software is the instrument虚拟仪器打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的模式，利用虚拟仪器，用户可以很方便地组建自己的自动测试系统。第44页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器6.3.2 虚拟仪器的出现虚拟仪器的出现电子测量仪器的发展电子测量仪器的发展 模拟仪器模拟仪器：如指针式万用表、晶体管电压表等借助指针来显示最终结果。数字化仪器数字化仪器：如数字电压表、数字频率计等，将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果。智能仪器智能仪器：内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力。
36、虚拟仪器虚拟仪器：由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统由计算机操纵的模块化仪器系统。第45页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器结构虚拟仪器结构 测控对象数据采集卡GPIB接口仪器RS-232C仪器现场总线设备其他计算机硬件VXI仪器PXI仪器USB仪器数据采集与控制计算机结果表达打印文件图形显示数据分析与处理数字滤波FFT统计网络输出其他第46页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器优点虚拟仪器优点 融合计算机强大的硬件和软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，增加了系统灵活性。同时，突破了传统仪器在数据处理、存储、人机交互等方面的限
37、制。基于计算机总线和模块化仪器总线，硬件模块化、系列化，提高了系统的可靠性和易维护性。基于计算机网络技术和接口技术，广泛支持各种工业总线标准。可方便地构建自动测试系统，实现测量、控制过程的智能化、网络化。基于计算机的开放式标准体系结构。硬、软件均具有开放性、可重复使用及互换性等特点。用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建时间。第47页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器系统的体系结构虚拟仪器系统的体系结构 自动测试系统应用软件DAQ驱动程序VXI驱动程序PXI驱动程序GPIB驱动程序VISA库DAQ仪器VXI仪器PXI仪器GPIB仪器自
38、动测试系统软件结构自动测试系统硬件结构第48页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器6.3.3 虚拟仪器的硬件虚拟仪器的硬件l 计算机硬件平台计算机硬件平台l 测控功能硬件测控功能硬件GPIBVXIPXIPC插插卡卡式式：基于计算机标准总线的内置（如ISA、PCI、PC/104等）或外置（如USB、IEEE-1394等）功能插卡，其核心主要是DAQ（data acquisition，数据采 集）卡。第49页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器6.3.4 虚拟仪器的软件虚拟仪器的软件l VISA（virtual instrumentation software architecture)虚拟仪器软件体系结
39、构，实质是标准的 I/O函数库及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。l 仪器驱动程序完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集，是应用程序实现仪器控制的桥梁。l 应用软件第50页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器应用软件的编制 基于通用编程软件 Visual Basic，Visual C+，.net，Delphi等专业图形化编程软件 美国HP公司的VEE和HPTIG 美国NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI 美国Tektronis公司的EzTest和TekTNS 美国HEM Data公司的SnapM
40、arter平台软件等应用软件还包括通用数字处理软件。如频域分析的功率谱估计、FFT、FHT、逆FFT、逆FFT和细化分析等；时域分析的相关分析、卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等；数字滤波等。第51页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器6.3.5 基于基于LabVIEW的虚拟仪器示例的虚拟仪器示例LabVIEW 提供了交互式的图形化开发环境，采用图形化编程语言G语言，其程序表现为框图的形式。LabVIEW程序包括以下三部分：前面板（panel）：VI的交互式用户接口。数据流框图（diagram）：相当于仪器的电路结构，以数据流的方式实现对采集数据的处理。图标连接端口(connec
41、tor)：相当于仪器中的某个集成电路，是对子程序（subVIs）的调用形式，是VI程序的可选部分。第52页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器LabVIEW振动信号处理程序示例振动信号处理程序示例 第53页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器LabVIEW振动信号处理VI运行界面：时域波形图 第54页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器LabVIEW振动信号处理VI运行界面：频谱图 第55页，本讲稿共63页虚拟仪器虚拟仪器6.3.6 虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器的发展趋势l 总线与驱动程序的标准化l 硬/软件的模块化l 硬件模块的即插即用化l 编程平台的图形化l IVI(interchangeable vi
42、rtual instruments，可互换虚拟仪器)第56页，本讲稿共63页6.4 网络化测试仪器网络化测试仪器 (Network-oriented Measuring Instruments)6.4.1 概述概述 将测得数据（信息）通过网络传输给异地的精密测量设备或高档次的微机化仪器去分析、处理；继“计算机就是仪器”和“软件就是仪器”概念之后，“网络就是仪器”的概念确切地概括了仪器的网络化发展趋势。实现测量信息的共享；掌握网络节点处信息的实时变化的趋势；通过具有网络传输功能的仪器将数据传至原端即现场。第57页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器6.4.2 基于现场总线技术的网络化测控
43、系统基于现场总线技术的网络化测控系统 现场总线接口微计算机信号获取单元传感器现场总线接口微计算机信号驱动单元执行机构现场总线接口微计算机信号获取单元传感器现场总线测控单元监控计算机#1监控计算机#N第58页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器6.4.3 面向面向INTERNET的网络测控系统的网络测控系统 INTERNETINTRANET用户仪表单元1用户用户决策系统数据库系统网关服务器监控/管理系统现场级网络仪表单元2仪表单元n调度系统.网络化仪器用户网络化仪器INTRANET仪表单元1决策系统数据库系统网关服务器监控/管理系统现场级网络仪表单元2仪表单元n调度系统.用户网络化仪器网
44、络化仪器第59页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器6.4.4 网络化测试仪器与系统实例网络化测试仪器与系统实例 l 网络化智能传感器 其他网络系统网桥/路由器计算机控制总线网络智能传感器节点压力智能传感器节点温度智能执行器节点阀门智能执行器节点继电器智能执行器节点电动机第60页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器l 网络化示波器和网络化逻辑分析仪 Agilent 16700B网络化逻辑分析仪可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实时地获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，可对远程仪器的功能加以控制，状态进行检测；还能将远程仪器测得的数据经网络迅速传递给本地计算机。Tektronix TDS7000快速实时示波器除了具有十分直观的图形用户界面以及不受限制地使用各种与Windows兼容的软件和硬件设备等优点外，其极强的联网能力使其可以成为测试网络中的一个节点，与网络连接后，使用者可以与他人共享文件、使用打印资源、浏览网上发布的相关信息，并可直接从TDS7000收发E-mail。第61页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器l 网络化设备状态监测与故障分析诊断系统 基于WEB的远程监测与故障分析诊断系统 机组n1机组nm工控机m第62页，本讲稿共63页网络化测试仪器网络化测试仪器基于WEB的远程监测与故障分析诊断系统界面 第63页，本讲稿共63页