第六讲 现代测试系统

§6.3 虚拟仪器
虚拟仪器中的驱动程序 任何一种硬件功能模块，要与计算机进行通讯，都需要在计 算机中安装该硬件功能模块的驱动程序（就如同在计算机中安 装声卡、显示卡和网卡一样），仪器硬件驱动程序使用户不必 了解详细的硬件控制原理和了解GPIB、VXI、DAQ等通讯协议 就可以实现对特定仪器硬件的使用、控制与通信。
PCI及ISA总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统内部总线
PC104总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统内部总线
VME总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统外部总线
串口
§6.3 虚拟仪器
虚拟仪器：virtual instruments，简称VI是20世纪90
年代初期出现的一种新型仪器，它在计算机的显示屏上
…
信号 调理
…
多路 模拟 开关
显示 采样 保持
A/D
RAM 计 算 机 总 线
控制逻辑
CPU
ROM
激励 装置
功率 放大
低通 滤波
D/A
键盘
§6.2 计算机测试系统的总线技术
计算机系统通常采用总线结构，总线的采用使得计算机系 统的设计有了统一的标准可循。
总线的基本概念
总线(Bus)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备，计算机
系统中信息的互相传递通过总线实现。
§6.2 计算机测试系统的总线技术
总线的分类
① 地址总线、数据总线以及控制总线。
② 芯片（间）总线、（系统）内总线、（系统 间）外总线。
③ 并行总线和串行总线。
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统内部总线
虚拟传统仪器面板，并尽可能多地将原来由硬件电路完 成的信号调理和信号处理功能，用计算机程序来完成。 这种硬件功能的软件化，是虚拟仪器的一大特征(软件 即仪器——The software is the instrument)。操作人员 在计算机显示屏上用鼠标和键盘控制虚拟仪器程序的运 行，就像操作真实的仪器一样，从而完成测量和分析任
§6.1 计算机测试系统的基பைடு நூலகம்组成
现代测控系统的基本结构从硬件平台结构来看可分为 以下两种基本类型。 (1) 以单片机(或专用芯片)为核心组成的单机系统，其特 点是易做成便携式。
输入电路
§6.1 计算机测试系统的基本组成
(2) 以个人计算机为核心的应用扩展测量仪器构建的测 试系统。
被测 对象
…
传 感 器
§6.3 虚拟仪器
(3) VXI总线模块 VXI总线模块是另一种新型的基于板卡式相对独立的模块化 仪器。从物理结构看，一个VXI总线系统由一个能为嵌入模块 提供安装环境与背板连接的主机箱和插接的VXI板卡组成。与 GPIB仪器一样，它需要通过VXI总线的硬件接口才能与计算机 相连。
§6.3 虚拟仪器
§6.3 虚拟仪器
(2) GPIB总线仪器 GPIB(General Purpose Interface Bus)是测量仪器与计算机通讯 的一个标准。通过GPIB接口总线，可以把具备GPIB总线接口 的测量仪器与计算机连接起来，组成计算机虚拟仪器测试系统。 GPIB总线测试仪器通过GPIB接口和GPIB电缆与计算机相联， 形成计算机测试仪器。与DAQ卡不同，GPIB仪器是独立的设 备，能单独使用。GPIB设备可以串接在一起使用，但系统中 GPIB电缆的总长度不应超过20m，过长的传输距离会使信噪比 下降，对数据的传输质量有影响。
§6.3 虚拟仪器
虚拟仪器的优势 与传统仪器相比，虚拟仪器最大的特点是其功能由软件定义， 可以由用户根据应用需要进行调整，用户选择不同的应用软件 就可以形成不同的虚拟仪器。而传统仪器的功能是由厂商事先 定义好的，其功能用户无法变更。当虚拟仪器用户需要改变仪 器功能或需要构造新的仪器时，可以由用户自己改变应用软件 来实现，而不必重新购买新的仪器。
§6.3 虚拟仪器
Labview简介 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一种图形 化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接 受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成 了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通 信的全部功能。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以 方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用 过程都生动有趣。它可以增强构建科学和工程系统的能力，提 供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 LabVIEW应用程序包括前面板(front panel)、程序框图(block diagram)以及图标/连接器(icon/connector)三部分。
(4) RS232串行接口仪器 很多仪器带有RS232串行接口，通过连接电缆将仪器与计算 机相连就可以构成计算机虚拟仪器测试系统，实现用计算机对 仪器进行控制。
§6.3 虚拟仪器
(5)现场总线(field bus)模块 现场总线仪器，是一种用于恶劣环境条件下的、抗干扰能力 很强的总线仪器模块。与上述的其它硬件功能模块相类似，在 计算机中安装了现场总线接口卡后，通过现场总线专用连接电 缆，就可以构成计算机虚拟仪器测试系统，实现用计算机对现 场总线仪器进行控制。 常用的现场总线标准 Profibus (process field bus)、 CAN (control area network)、 DeviceNet、 CCLink等。
务。
§6.3 虚拟仪器
电子测量仪器的发展 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：如数字电压表等，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：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。 虚拟仪器：由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和软件 组成的测控系统。虚拟仪器是计算机技术与仪器技 术深层次结合产生的产物，是对传统仪器概念的重 大突破，是仪器领域内的一次革命，代表了当前测 试仪器发展的方向之一。
虚拟仪器中的应用软件
基于通用编程软件 Visual Basic，Visual C++，Delphi等 专业图形化编程软件 美国NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI 美国Tektronis公司的Ez－Test和Tek－TNS 美国HEM Data公司的Snap－Marter平台软件等
§6.3 虚拟仪器
虚拟仪器的组成 虚拟仪器主要由传感器，信号采集与控制板卡，信号分 析软件和显示软件几部分组成。
虚拟仪器所采用的硬件功能模块 (1) PC-DAQ数据采集卡 利用计算机扩展槽和外部接口，将信号测量硬件设计为计算 机插卡或外部设备，直接插接在计算机上，再配上相应的应用 软件，组成计算机虚拟仪器测试系统。这是目前应用得最为广 泛的一种计算机虚拟仪器组成形式。按计算机总线的类型和接 口形式，这类卡可分为ISA卡，EISA卡，VESA卡，PCI卡， PCMCIA卡，并口卡、串口卡和USB口卡等。按板卡的功能则可 以分为A/D卡、D/A卡、数字I/O卡、信号调理卡、图象采集卡、 运动控制卡等。
第6章 现代测试系统
§6.1 计算机测试系统的基本组成
§6.2 计算机测试系统的总线技术
§6.3 虚拟仪器
现代测试系统即计算机化测试系统： 与计算机技术紧密结合，是当今仪器与测控 技术发展的主潮流； 配以相应软、硬件的计算机将能够完成许多
仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功
能的通用测量仪器。 总之，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通性。