基于PXI的虚拟仪器测试技术

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图２虚拟仪器系统结构图
４．１虚拟仪器的硬件部分 １）虚拟仪器最常用的构成形式是数据采集卡。其
功能是将现场的数据采集到计算机，或将计算机数据 输出给数控对象，用数据采集卡配以信号调理、计算 机平台和虚拟仪器软件构成各种测量和控制仪器。
ＰＸＩ这种新型模块化仪器系统是在ＰＸＩ总线内核 技术上增加了成熟的技术规范和要求而形成的。它通 过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟，用于进 行精确定时的星形触发总线以及相邻模块间高速通信 的局部总线来满足测试的要求；ＰＸＩ规范在Ｃｏｍｐａｃｔ ＰＣＩ机械规范中增加了环境测试和主动冷却要求，以保 证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性；将 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ茅［］Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ９５定义为其 标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按 ＶＩＳＡ规范编写的Ｗｉｎ３２设备驱动程序，使ＰＸＩ成为一 种系统级规范。ＰＸＩ具有高度可扩展性，具有８个扩展 槽，而台式ＰＣＩ只有３－４个扩展槽。ＰＸＩ系统可以连接 到任何一种ＰＣ机上且可以扩展各种Ｉ／Ｏ模块（见图１）ｔ２１。
应用软件是用户根据需要采用各种软件自己编制 的程序，应用程序基本可按图４所示的流程图编写【３］。 采用哪一种编程软件的主要出发点是尽可能地提高效 率。目前，虚拟仪器系统的应用软件开发环境主要有 两种：一种是传统的文本语言式的平台，如 ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ，ＶＣ＋＋，Ｄｅｌｐｈｉ，ＶＢ；一种是基于图形 化工程环境的平台，如ＬａｂＶＩＥＷ，ＨＰ的ＶＥＥ。下面对 ＬａｂＶＩＥＷ作简单介绍。
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，虚拟仪器技术给用户 一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户可以 随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统， 满足多种多样的应用需求。
４基于Ｐ×Ｉ的虚拟仪器的软硬件基础
虚拟仪器测试系统基本结构包括计算机、计算机 现代科学仪器２００４ ６
４）ＰＸＩ总线仪器和ＶＸＩ总线仪器都是２１世纪仪器 总线系统和自动测试系统的优秀平台。基于ＰＸＩ总线 的虚拟仪器测试系统由于电磁兼容性能及冷却性能的 改善和模块式结构，可用在一般要求的自动测试系统 场合和系统总价格有所限制的自动测试系统。基于 ＶＸＩ虚拟仪器测试系统具有良好的性能，可用于自动 措施系统特别是高速大数据量自动测试系统，宽频带 自动测试系统和军用自动化测量。 ４．２虚拟仪器的软件部分
２ ＰＸＩ总线
ＰＸＩ（ＰＣＩ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ—ＰＣＩ面向仪 器的扩展）是一个新的专门为数据采集与自动化应用 度身定制的模块化仪器平台，它能够提供高性能的测 量，而价格并不十分昂贵。ＰＸＩ将ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范定 义的ＰＣＩ总线技术发展成适合于试验、测量与数据采 集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新
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Ｍｏｄｅｍ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ２００４ ６
万方数据
图１ ＰＸＩ系统与各种Ｉ／Ｏ模块
在同一个时间跨度内，它已经远远超越了当年ＶＸＩ的 发展。ＰＸＩ是一个开放的标准平台，其突出优势就是 共有８０余家厂商参与ＰＸＩ系统联盟，提供超过１０００种 之多的产品，共同支持和推动这一标准向前发展。
基于ＰＸＩ的虚拟仪器测试技术
沈辉 关振宏 （西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所成都６１００３１）
Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈ０２０７＠１６３．ｃｏｌｎ
摘 要本文介绍了新一代仪器总线ＰＸＩ总线仪器的性能和应用领域，讨论了虚拟仪器的基本概念和基于ＰＸＩ总 线的虚拟仪器的系统结构及软硬件基础。
关键词虚拟仪器；ＰＸＩ总线；软件开发平台；测试 中图分类号ＴＰ３９１．９
参考文献
［１】刘君华．基于ＬａｂＶｍｗ的虚拟仪器设计．北京：电子工业出版社．２００３ ［２】ＮＩ公司Ｍｉｋｅ Ｔｒｉｍｂｏｒｎ．ＰＸＩ技术把自动测试设备ＰＣ化．电子产品
世界，２００３（２４）：５５－５６ ［３】张洪生，胡光荣．基于ＶＸＩ总线的虚拟仪器．中国仪器仪表，２０００（２）：
５～８
【４】陈泽宇．虚拟仪器在自动测试系统设计中的实际应用．计算机应用， １９９６（１１）
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层到顶层有：总线接口输入／输出软件、仪器驱动程序 以及应用开发环境。
仪器面板控制软件 数据分析处理软件
仪器驱动程序 输入输出接口软件
图３虚拟仪器软件框架
底层的总线接口软件用来实现计算机与工业标准 总线的软件连接。
仪器驱动程序包括针对每一专用硬件仪器的大量 接口软件，将包括ＡＳＣＩＩ命令在内的仪器的所有通信 细节包装起来，供开发者直接调用，同时完成仪器驱 动程序与计算机中其它软件部件的直接接口集成，从 而把虚拟仪器所需的仪器硬件与计算机软件有机的结 合在一起ｆ５】。
虚拟仪器最核心的思想就是利用计算机的软件和硬 件资源，使本来需要硬件或电路实现的技术软件化和虚 拟化，最大限度地降低系统成本，增强系统的功能和灵 活性，同时也具有传统仪器的各种性能。虚拟仪器以通 用计算机和配备标准数字接口的测量仪器为基础，直接 利用计算机丰富的软硬件资源，将计算机硬件（处理器、 存储器和显示器）、测量仪器（Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、数字Ｉ／Ｏ、定时 ｇＯ）等资源与软件资源有机地结合起来Ｈ１。与传统仪器相 比，虚拟仪器具有多功能化、通用化、一体化、智能化、 高效、实时等优点。
５结束语
经过多年的发展推广，虚拟仪器技术以其充分 发挥了计算机的作用并通过ＰＸＩ技术方便地与计算机 通信相结合组建复杂的测试系统等特点已被广大用户 充分认识和接受。现在已经被广泛的应用于测量、监 控、检测、教育、电信等领域，而且正逐步朝标准化、 模块化、软件化、网络化的开放式体系结构发展。虚 拟仪器测试技术必将成为现代仪器测试系统发展的主 流。
２）ＧＰＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｕｓ）将作为桥梁把 若干台各种ＧＰＩＢ可编程仪器与计算机紧密地联系ห้องสมุดไป่ตู้ 来。
３）通用串行总线中采用的有ＲＳ－２３２总线和ＲＳ一４８５ 总线，现在随着工业测控业的发展，许多测量仪器都 带有ＲＳ一２３２总线接口，主要用于速度较低的测试系 统。当今，ＰＣ机已更多地采用了ＵＳＢ总线和ＩＥＥＥｌ３９４ 总线。
的虚拟仪器体系结构（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｒ— ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ简称ＶＩＳＡ）。利用ＰＸＩ模块化仪器，您可以 充分享受开放式工业标准化ＰＣ技术所带来的低成本、 简便易用性、灵活性及高性能等优点。制定ＰＸＩ规范 的目的是为了将台式ＰＣ的性能价格比优势与ＰＣＩ总线 面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种 主流的虚拟仪器测试平台，使其能够满足不同行业需 要的高性能、高可靠、高可用和经济型的工业计算机 技术。
时至今日，ＰＸＩ已经成为当今测试、测量和自动 化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和ＰＣ技 术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆 地的改革。而从产品发展趋势和用户接受程度来看，
收稿日期：２００４—７—２３ 作者简介：沈辉（１ ９ ８０一），男，江苏省丹阳市人，硕士生，主要从事计算机测试与控制技术方向的研究。
３虚拟仪器技术
测试仪器从模块化到数字化，从单台仪器到总线 插卡式仪器的发展历程中，经历了三个发展过程：分 立仪器时期、局部总线时期和总线时期。传统的测试 系统已经很难满足现代测试的发展也极易造成浪费【３】。
虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结 合的产物，是当今计算机辅助测试（ＣＡＴ）领域的一项 重要技术。虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪 器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的 软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化 仪器系统。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决 信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任 何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地 改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就 是仪器”之说…。
ｌ 测试参数设定
Ｉ
ＬａｂＶＩＥＷ是一个完全开放式的虚拟仪器开发系 统应用软件，利用它组建仪器测试系统和数据采集系 统可以大大简化程序的设计。ＬａｂＶｌＥＷ与Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ等编程语言不同，它是 使用图形化程序设计语言，用框图代替了传统的程序 代码。ＬａｂＶｌＥＷ包含有专门用于设计数据采集程序和 仪器控制程序的函数库和开发工具库。ＬａｂＶＩＥＷ的程 序设计实质上就是设计一个个的“虚拟仪器”，即 “ＶＩｓ”。ＬａｂＶＩＥＷ是带有可扩展函数库和子程序库的 通用程序设计系统并提供了用于ＧＰＩＢ设备控制、ＶＸＩ 总线控制、ＰＸＩ总线控制、串行口设备控制、以及数 据分析、显示和存储的应用程序模块。用ＬａｂＶＩＥＷ编 制出的图形化ＶＩ是分层次和模块化的。图形化的程序 设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技 术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控 制领域内最有前途的发展方向。
Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＸＩ
Ｓｈｅｎ Ｈｕｉ，Ｇｕａｎ Ｚｈｅｎｈｏｎｇ （Ｉｎｓｔ．ｏｆ Ｍａｇｌｅｖ Ｔｒａｎｉｓ ａｎｄ Ｍａｇｌｅｖ Ｔｅｃｈ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｂｕｓ－ＰＸｌｂｕｓ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ＰＸＩｂｕｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｅｓｔ