虚拟测试系统

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三、GPIB总线
GPIB(General Purpose Interface Bus) 可 以 把 各种可 编程仪器与计算机紧密地联系起来。
GPIB的硬件规范和软件协议先后被纳入两个国际工业标 准：ANSI/IEEE488.1和ANSI/IEEE488.2。通过GPIB接口，可 以将若干台基本仪器和计算机搭成积木式的测试系统，在计 算机的控制下完成复杂的测量。
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2、LabWindows／CVI 的特点
1）将数据采集、数据分析以及数据表达一体化，这样就不必为完成数据处理 不同阶段的任务而辗转于不同软件中。
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2020/12/5
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第九章 虚拟测试系统
9.1
虚拟仪器的基本概念
9.2
虚拟仪器的硬件
9.3
虚拟仪器的软件
9.4
虚拟仪器的应用
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第九章 虚拟测试系统
现代汽车测试仪器仪表技术是计算机技术和多种基础 学科紧密结合的产物。随着微电子技术、计算机技术、软 件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、 测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲 破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了 质 的 变 化 。 在 此 背 景 下 ， 1986 年 美 国 国 家 仪 器 公 司 (National Instruments，NI)开发出了虚拟仪器。
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VXI系统
以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平 台组成的虚拟仪器测试系统。
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PXI系统
以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平 台组成的虚拟仪器测试系统。系统
以serial标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台 组成的虚拟仪器测试系统。
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一、文本式编程软件LabWindows／CVI
LabWindows／CVI是NI公司提供给用户的虚拟仪器软件之一， 它是用户开发数据采集、仪器控制及自动测试和过程监控的一个开 发平台。它采用标准的C语言格式，将功能强大、使用灵活的C语言 开发平台与用于数据采集、分析和表达的测控专业工具有机地结合 起来。LabWindows／CVI借助自动编码产生工具和易于使用的GUI开 发工具来提供一种交互环境，它包含有强大的仪器库、32位ANSIC 编译器、连接器、调试器、编辑器等。
API(Application Program Interface)是应用软件开发接口，实质是一组函 数集，通过它可以直接访问计算机的硬件设备。VISA是用于虚拟仪器系统标准的 API。VISA本身不具备编程功能，它是一个高层API，通过调用底层驱动程序来实 现对仪器的编程。其层次如下图所示。
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GPIB仪器系统可以利用计算机增强和扩展传统仪器的功 能，组成大型柔性自动测试系统，技术易于升级，维护方便， 仪器功能和面板自定义，开发和使用容易。
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四、VISA总线
在早期的虚拟仪器中，I/O接口设备驱动控制软件的开发没有统一的规范。 不同类型或不同厂家生产的I/O接口设备都必须专门来设计其驱动程序。为了推动 虚拟仪器软件标准化的进程,VXIpIug&play联盟于1996年完成了对VISA规范的开发 工作,并将各个函数的原型以标准的形式发布。
虚拟仪器的硬件平台由计算机和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采集、放大、模／数转换的 任务。
对于单台的虚拟仪器而言，系统所涉及的I/O接口设备是 数据采集卡；对于多台虚拟仪器组成仪器测量控制系统，所 涉及的I/O接口设备为总线，常用的总线类型有GPIB/GPIB 488.2总线、RS 232总线、VISA总线和VXI总线。
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五、VXI总线
VXI是一种高速计算机总线——VME(VMEbus Extension for Instrumention)在仪器领域的扩展。由于它的标准开放， 结构紧凑，具有数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重 复利用等优点，在近十年时间内，VXI规范不断完善和发展， 迅速在仪器测量和工业控制等领域应用开来，表现出很强的发 展潜力。1993年由多家公司组成VXIplug&play系统联盟，致力 于来自各厂商的VXI模块的规范化，为最终用户集成VXI系统提 供最大的便利。
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3、虚拟仪器的特点
v 软件是虚拟仪器的核心 v 虚拟仪器的性价比高 v 仪器厂商与用户之间的距离小 v 虚拟仪器具有良好的人机界面 v 虚拟仪器具有和其它设备互联的能力 v 虚拟仪器的硬、软件具有开放性、模块化、可重复使用
及互换性
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9.2 虚拟仪器的硬件
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1、通用仪器硬件平台
1）计算机 一般为一台PC机或工作站，它是测试硬件平台的核心。
2）I/O接口设备 它主要完成被测输入信号的采集、放大、模／数转换。根据采用
的总线及其相应的I/O接口硬件设备（如利用PC机总线的数据采集卡板 （DAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口总线仪器）等的不 同，虚拟仪器的构成方式有PC—DAQ系统、GPIB系统、VXI系统、PXI系 统、串口系统等5种类型。
PXI总线综合了计算机总线（VME和PCI）、插件（compact PCI）、软 件（Windows98和NT）以及仪器总线（GPIB和VXI）和开发工具等方面的特 点，具有坚实的硬件、软件基础。PXI总线把PCI计算机外设总线与专用仪 器总线结合在母板上。使机箱能够安装PCI微机和PXI仪器模块。机箱有11 个插槽，左边3槽接系统控制器或系统扩展器。右边7槽接仪器模块，中间 还有1个系统控制器插槽。模块尺寸有3U和6U两种。3U只有一个PCI接口， 而6U可有两个PCI接口。PXI总线的仪器专用总线有时钟、本地、触发、电 源等4种。机箱电源功率300 w，有良好通风和电磁屏蔽，可在苛刻的环境 运行。
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9.3 虚拟仪器的软件
在虚拟仪器技术中，软件是实现仪器功能的关键因素，能否方便快 捷地设计出界面友好、功能强大的虚拟仪器软件，直接关系到仪器功能 的实现和仪器的性能的好坏。使用传统的编程语言，如C语言、 VisualC++、VisualBasic等，虽然可以编出比较友好的用户界面，但数 据采集、按钮、指针、曲线显示等仪器所需的功能模块的编程非常烦琐， 不易开发。因此，现在大多采用专用的虚拟仪器设计软件来开发用户应 用程序，目前应用较多的有美国NI公司开发的LabWindows／CVI、 LabVIEW等虚拟仪器专用开发软件。这些软件中不仅包括诸如菜单、对话 框、按钮和图形这样的通用用户接口属性，而且还有像旋钮、开关、滑 动控制条、表头、可编程光标、纸带记录仿真窗和数字显示窗等虚拟仪 器应用接口属性。
开发虚拟仪器需用到合适的软件工具，目前的虚拟仪器软件开 发工具有如下两类：
① 文 本 式 编 程 语 言 ， 如 visuaI C++ 、 Visual BASIC 、 labWindows／CVI等；
② 图形化编程语言如LabvIEW、HPVEE等。 这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限 度的方便条件与良好的开发环境。
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一、 PC-DAQ方式
以PC机为基础的虚拟仪器中，通过插入数据采集卡获取 数据，在虚拟仪器中又称为PC-DAQ(Data Acquisition，数 据采集)卡式仪器。其功能是将现场数据采集到计算机，或将 计算机数据输出给受控对象。用数据采集卡配以计算机平台 和虚拟仪器软件，便可构成各种数据采集控制仪器系统，如 信号发生器、电路和器件测试仪等。目前，DAQ技术主要应 用于高采样速率及直接控制方面。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模 拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达检测结果，利用 计算机强大的软件功能实现数据的运算、分析和处理，利 用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各 种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”主要包含以 下两方面的含义，即： v 虚拟仪器的面板 v 由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能
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1、虚拟仪器的面板
虚拟仪器面板上显示的各种“控件”与传统仪器面板上 的各种“器件”所完成的功能是相同的。如由各种开关、 按键、显示器等实现仪器电源的“通”、“断”，被测信 号“输入通道”、“输出通道”、“放大倍数”等参数设 置，测量结果的“数位显示”、“图形显示”等。用户不 必设计，只要选用代表该种软件程序的图形控件即可，通 过计算机的鼠标或键盘来对其进行操作。因此，设计虚拟 仪器面板的过程就是在面板设计窗口中摆放所需的控件， 然后编写相应的程序。大多数初学者可以利用虚拟仪器的 软件开发工具，如LabWindows/CVI，LabView等编程语言， 在短时间内轻松完成美观而又实用的虚拟仪器面板的设计。
虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)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。
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9.1 虚拟仪器的基本概念
所谓虚拟仪器，是在通用计算机为核心的硬件平台上， 用户设计定义可视化虚拟面板，测试功能由计算机上的测 试软件和硬件来实现的仪器系统。使用者用鼠标或键盘操 作虚拟面板进行测量操作，就如同使用一台专用测量仪器。
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6、PXI总线
PXI总线是National Instruments公司1997年下半年推出的总线标 准，并作为开放式规范提供仪器业界使用，对模块式测量仪器有着重要的 影响。PXI总线与VXI总线有很多相似之处，同时又具有不少自己的特点。 VXI总线是VME计算机总线的仪器扩展，PXI总线是PCI计算机总线的仪器扩 展，它是PCI eXtention for Instrumentation（PCI仪器扩展）的简写。
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1、LabWindows／CVI的 功能
LabWindows／CVI可运行于Win95／Win98／WinNT／ Win2000／WinX／UNIX等系统，包含大部分基于Windows风格 的软件技术，具有像VB一样丰富的控件回调功能，并有极强 的数据处理、数据分析功能。同时还提供了多种总线通信控 制和网络传输控制协议接口库。
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2、软件结构
v 应用程序
v I/O接口仪器驱动程序
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1）应用程序
v 实现虚拟面板功能的前面板软件程序 v 定义测试功能的流程图软件程序
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2）I/O接口仪器驱动程序
I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通 信。
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PC—DAQ系统
它是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器硬件 平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统主要采用PCI或 ISA计算机本身的总线，故将数据采集卡/板（DAQ）插入计 算机的空槽中即可。
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GPIB系统
以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台 组成的虚拟仪器测试系统。
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2、由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能
在以PC为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器不仅 可以通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以 通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。
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3、虚拟仪器的构成及其分类
虚拟仪器由两大部分构成，即： v 通用仪器硬件平台(简称硬件平台) v 应用软件
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二、串口通讯
串口通信采用的是RS-232通用串行总线，最初 用于数据通信，随着测控技术的发展，许多测量仪 器都带有RS-232串口总线接口。通过RS-232串口总 线与PC计算机组成虚拟仪器系统，适用于速度较低 的测试系统。与其他总线相比，它的接口简单，使 用方便。
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