电子测量基础课件第9章.ppt

1、第第9 9章章 计算机测试技术计算机测试技术w9.1 9.1 概概 述述w9.2 9.2 智能仪器智能仪器w9.3 9.3 自动测试系统自动测试系统w9.4 9.4 虚拟仪器虚拟仪器w9.5 LabVIEW9.5 LabVIEW简介简介9.1 9.1 概述概述w 计算机技术的进步为新型的测控仪器产计算机技术的进步为新型的测控仪器产生提供了现实基础。生提供了现实基础。w 主要表现在主要表现在:（1 1）微处理器和）微处理器和DSP(digital signal processing)DSP(digital signal processing)技术的快技术的快速进步以及其性能价格比不断上升大大改变

2、速进步以及其性能价格比不断上升大大改变了传统电子行业的设计思想和观念。了传统电子行业的设计思想和观念。w 原来许多由硬件完成的功能今天能够依原来许多由硬件完成的功能今天能够依靠软件实现。靠软件实现。w（2 2）面向对象技术、可视化程序开发语言在）面向对象技术、可视化程序开发语言在软件领域为更多易于使用、功能强大的软件软件领域为更多易于使用、功能强大的软件开发提供了可能性。开发提供了可能性。w 传统的测控仪器越来越满足不了科技进传统的测控仪器越来越满足不了科技进步的要求。步的要求。w 主要表现在主要表现在:（1 1）现代测控要求仪器不）现代测控要求仪器不仅仅能单独测量到某个量，而更希望它们之仅仅

3、能单独测量到某个量，而更希望它们之间能够互相通信，实现信息共享，从而完成间能够互相通信，实现信息共享，从而完成对被测系统的综合分析、评估，得出准确判对被测系统的综合分析、评估，得出准确判断。断。w 传统仪器在这方面显然存在严重不足，传统仪器在这方面显然存在严重不足，甚至根本不可能实现。甚至根本不可能实现。w（2 2）对于复杂的被测系统，面对各个厂家的）对于复杂的被测系统，面对各个厂家的不同测试设备，使用者需要的知识很多。不同测试设备，使用者需要的知识很多。w 这样的仪器不仅使用频率和利用率低，这样的仪器不仅使用频率和利用率低，而且硬件存在冗余。而且硬件存在冗余。w 因此，以计算机或微处理器为核

4、心，将因此，以计算机或微处理器为核心，将检测技术、自动控制技术、通信技术、网络检测技术、自动控制技术、通信技术、网络技术和电子信息等技术完美地融合在一起的技术和电子信息等技术完美地融合在一起的现代计算机测试技术将逐渐变得现实。现代计算机测试技术将逐渐变得现实。w 其广泛应用对测控仪器将产生较为深远其广泛应用对测控仪器将产生较为深远的影响，它将为电子测量技术注入新的活力。的影响，它将为电子测量技术注入新的活力。w 20 20世纪世纪7070年代，随着微电子技术的发展年代，随着微电子技术的发展和微处理器的普及，出现了以微处理器为基和微处理器的普及，出现了以微处理器为基础的智能仪器。础的智能仪器。w

5、 20 20世纪世纪7070年代末期，利用年代末期，利用GPIBGPIB通用接口通用接口总线将一台计算机和若干电子仪器连接在一总线将一台计算机和若干电子仪器连接在一起，组成自动测试系统。起，组成自动测试系统。w 20 20世纪世纪8080年代初期，又出现了以个人计年代初期，又出现了以个人计算机为基础，用仪器电路板和扩展箱与个人算机为基础，用仪器电路板和扩展箱与个人计算机内部总线相连的个人仪器。计算机内部总线相连的个人仪器。w 1986 1986年美国国家仪器公司以年美国国家仪器公司以LabVIEWLabVIEW为软为软件开发平台实现了虚拟仪器的概念。件开发平台实现了虚拟仪器的概念。9.2 9.

6、2 智能仪器智能仪器9.2.1 9.2.1 智能仪器的定义智能仪器的定义w 智能化测量仪器（简称智能仪器）是计智能化测量仪器（简称智能仪器）是计算机技术与电子测量仪器相结合的产物，是算机技术与电子测量仪器相结合的产物，是指内部含有微处理器或微型计算机的电子仪指内部含有微处理器或微型计算机的电子仪器。器。w 它以微型计算机的软件、硬件为核心，它以微型计算机的软件、硬件为核心，对传统仪器进行重新设计，使仪器测量部分对传统仪器进行重新设计，使仪器测量部分和微机部分互相融合。和微机部分互相融合。w 它拥有对数据进行存储、运算、逻辑判它拥有对数据进行存储、运算、逻辑判断以及自动操作等功能，具有一定的类似

7、人断以及自动操作等功能，具有一定的类似人的智能特性或功能，因而被称为智能仪器。的智能特性或功能，因而被称为智能仪器。w 目前，人们习惯把含微型计算机和目前，人们习惯把含微型计算机和GPIBGPIB接口的仪器称为智能仪器。接口的仪器称为智能仪器。w 为了实现智能化的特性或功能，智能仪为了实现智能化的特性或功能，智能仪器一般都使用嵌入微处理器的系统芯片（器一般都使用嵌入微处理器的系统芯片（SOCSOC）或数字信号处理器（或数字信号处理器（DSPDSP）及专用电路）及专用电路（ASICASIC），仪器内部带有处理能力很强的智），仪器内部带有处理能力很强的智能软件。能软件。w 但通常微处理器是为特定仪

8、器完成特定但通常微处理器是为特定仪器完成特定测试任务而设计的，属于专用计算机，相应测试任务而设计的，属于专用计算机，相应的测试软件也相对固定。的测试软件也相对固定。9.2.2 9.2.2 智能仪器的特点智能仪器的特点w 智能仪器不再时简单的硬件实体，而是智能仪器不再时简单的硬件实体，而是硬件与软件相结合。硬件与软件相结合。w 微处理器通过键盘或遥控接口接收命令和微处理器通过键盘或遥控接口接收命令和信号，并用来控制仪器的运行，执行常规测信号，并用来控制仪器的运行，执行常规测量，对数据进行智能分析和处理，并对数字量，对数据进行智能分析和处理，并对数字显示和传送。显示和传送。w 软件在仪器的智能化程

9、度的高低方面起软件在仪器的智能化程度的高低方面起着重要的作用。着重要的作用。w智能仪器通常具有如下特点。智能仪器通常具有如下特点。w（1 1）简化了硬件结构）简化了硬件结构w（2 2）增强了仪器功能）增强了仪器功能w（3 3）提高了仪器的性能）提高了仪器的性能w（4 4）实现了自动测试）实现了自动测试 w(5)(5)现代智能化仪器通常都具有很强的自检、现代智能化仪器通常都具有很强的自检、自测试和自诊断功能，从而大大提高了仪器自测试和自诊断功能，从而大大提高了仪器的可靠性，简化了仪器的维修工作。的可靠性，简化了仪器的维修工作。9.2.3 9.2.3 智能仪器的基本组成智能仪器的基本组成w1 1智

10、能仪器的硬件组成智能仪器的硬件组成w 智能仪器实际上是一个专用的微型计算智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它由硬件和软件两部分组成。机系统，它由硬件和软件两部分组成。w 智能仪器的硬件部分主要包括智能仪器的硬件部分主要包括CPUCPU、存储、存储器、总线器、总线BUSBUS、各种、各种I/OI/O接口、输入接口、输入/输出通道、输出通道、仪器面板（键盘、开关、按钮、显示器）等，仪器面板（键盘、开关、按钮、显示器）等，其基本组成如图其基本组成如图9.19.1所示。所示。微处理器存储器接口接口接口GPIB接口接口键盘测试电路 显示器 自动测试系统 其它外设总线图图9.1 9.1 智能仪器的

11、基本组成框图智能仪器的基本组成框图w 智能仪器以微处理器为核心，通过总线智能仪器以微处理器为核心，通过总线与输入通道、输出通道、仪器键盘和仪器内与输入通道、输出通道、仪器键盘和仪器内存相连。存相连。w 微处理器接收来自键盘或微处理器接收来自键盘或GPIBGPIB接口的命接口的命令，解释并执行这些命令。令，解释并执行这些命令。w 然后通过接口发出各种控制信息给测试然后通过接口发出各种控制信息给测试电路，用来规定测试功能、启动测量任务、电路，用来规定测试功能、启动测量任务、改变工作方式。改变工作方式。w 同时采用查询和中断等方式，了解测试同时采用查询和中断等方式，了解测试电路的工作状态。电路的工作

12、状态。w 当测试电路完成一次测量后，微处理器当测试电路完成一次测量后，微处理器读取测量数据，进行必要的数据加工、计算读取测量数据，进行必要的数据加工、计算和变换处理。和变换处理。w 最后输出至显示器、打印机和主控制器最后输出至显示器、打印机和主控制器等设备。等设备。w2 2智能仪器的软件组成智能仪器的软件组成w 智能仪器的测量工作是在软件的控制下智能仪器的测量工作是在软件的控制下进行的。进行的。w 智能仪器的软件部分主要包括监控程序智能仪器的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。和接口管理程序两部分。w 其中监控程序面向仪器面板和显示器，其中监控程序面向仪器面板和显示器，主要内容有：主

13、要内容有：w 通过键盘操作输入并存储所设置的功能、通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数。操作方式与工作参数。w 通过控制通过控制I/OI/O接口电路进行数据采集，对接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置。仪器进行预定的设置。w 对数据存储器所记录的数据和状态进行对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理。各种处理。w 以数字、字符、图形等形式显示各种状以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及数据的处理结果。态信息以及数据的处理结果。w接口管理程序主要面向通信接口，接口管理程序主要面向通信接口，w 其内容是接受并分析来自通信接口总线其内容是接受并分析来自通信接口总线的各

14、种有关功能、操作方式和工作参数的程的各种有关功能、操作方式和工作参数的程控操作码。控操作码。w 并通过通信接口输出仪器的现行工作状并通过通信接口输出仪器的现行工作状态和测量数据的处理结果，以响应计算机的态和测量数据的处理结果，以响应计算机的远程控制。远程控制。9.2.4 9.2.4 智能仪器的一般测量过程智能仪器的一般测量过程w 智能仪器的测量功能是由硬件和软件按智能仪器的测量功能是由硬件和软件按一定的顺序共同完成的。一定的顺序共同完成的。w 下面以智能万用表为例来说明测量的一下面以智能万用表为例来说明测量的一般步骤。般步骤。w 智能万用表可以实现对电压、电流和阻智能万用表可以实现对电压、电流

15、和阻抗的测量，其测量功能的框图如图抗的测量，其测量功能的框图如图9.29.2所示。所示。w其工作过程如下。其工作过程如下。w（1 1）仔细阅读仪器的使用说明，确定测试内）仔细阅读仪器的使用说明，确定测试内容。容。w（2 2）通过键盘或遥控接口选择测试功能，如）通过键盘或遥控接口选择测试功能，如选择测量参数和量程。选择测量参数和量程。w（3 3）将被测信号通过输入断口接入测试电路。）将被测信号通过输入断口接入测试电路。w（4 4）选择工作方式，运行测试程序，输出测）选择工作方式，运行测试程序，输出测试结果。试结果。w（5 5）对测量结果进行数据处理并显示。）对测量结果进行数据处理并显示。微处理器

16、存储器接口接口键盘显示器模数转换通道选择VDC输入通道输入通道输入通道输入通道VACIDCIAC输入通道IAC图图9.2 9.2 智能多用表的测量功能框图智能多用表的测量功能框图9.3 9.3 自动测试系统自动测试系统9.3.1 9.3.1 自动测试系统的基本概念自动测试系统的基本概念w1 1人工测试系统和自动测试系统人工测试系统和自动测试系统w 一台仪器不论它的智能化多高，其测量一台仪器不论它的智能化多高，其测量功能的增加总是有一定限度的。功能的增加总是有一定限度的。w 为此往往根据某些特定测试任务，把一为此往往根据某些特定测试任务，把一系列各种相关的测量仪器有机的组成一个系系列各种相关的测

17、量仪器有机的组成一个系统。统。w 如果这个系统由人工操作进行测试，那如果这个系统由人工操作进行测试，那么这个系统就称为入工测试系统。么这个系统就称为入工测试系统。w 如果这个系统是在计算机控制下进行测如果这个系统是在计算机控制下进行测试，这就形成了自动测试系统。试，这就形成了自动测试系统。w2 2自动测试系统的基本组成自动测试系统的基本组成w 自动测试系统一般由五部分组成。自动测试系统一般由五部分组成。w（1 1）控制器，主要是计算机，如小型机、个）控制器，主要是计算机，如小型机、个入计算机、微处理机、单片机等，是系统的入计算机、微处理机、单片机等，是系统的指挥、控制中心。指挥、控制中心。w（

18、2 2）程控仪器、设备，包括各种程控仪器、）程控仪器、设备，包括各种程控仪器、激励源、程控开关、程控伺服系统、执行元激励源、程控开关、程控伺服系统、执行元件，以及显示、打印、存储记录等器件，能件，以及显示、打印、存储记录等器件，能完成一定的具体的测试、控制任务。完成一定的具体的测试、控制任务。w（3 3）总线与接口，是连接控制器与各程控仪）总线与接口，是连接控制器与各程控仪器、设备的通路。完成消息、命令、数据的器、设备的通路。完成消息、命令、数据的传输与交换，包括机械接插件、插槽、电缆传输与交换，包括机械接插件、插槽、电缆等。等。w（4 4）测试软件，为了完成系统测试任务而编）测试软件，为了完

19、成系统测试任务而编制的各种应用软件。制的各种应用软件。w 例如，测试主程序、驱动程序、例如，测试主程序、驱动程序、I IO O软软件等。件等。w（5 5）被测对象，随测试任务不同，被测对象）被测对象，随测试任务不同，被测对象往往是千差万别的，由操作人员采用非标准往往是千差万别的，由操作人员采用非标准方式通过电缆，接插件、开关等与程控仪器方式通过电缆，接插件、开关等与程控仪器和设备相连。和设备相连。w3 3自动测试系统的特点自动测试系统的特点w（1 1）测量速度快。）测量速度快。w（2 2）功能多。）功能多。w（3 3）测量分辨率高、误差小。）测量分辨率高、误差小。w（4 4）测试结果和显示方式

20、灵活。）测试结果和显示方式灵活。w（5 5）具有分析、判断和处理能力。）具有分析、判断和处理能力。w（6 6）具有自校、自检、自诊断和自修复能力。）具有自校、自检、自诊断和自修复能力。w（7 7）操作方便。）操作方便。9.3.2 9.3.2 自动测试系统的发展趋势自动测试系统的发展趋势w 自动测试系统是将检测技术与计算机技自动测试系统是将检测技术与计算机技术和通信技术有机地结合在一起的产物。术和通信技术有机地结合在一起的产物。w 自二十世纪自二十世纪5050年代初期到现在，它的发年代初期到现在，它的发发展大体经历了三个阶段。发展大体经历了三个阶段。w1 1第一代总装阶段第一代总装阶段w 早期的

21、自动测试系统多为专用系统，主早期的自动测试系统多为专用系统，主要是针对某项具体测试任务，将几种不同的要是针对某项具体测试任务，将几种不同的输入和输出电路的几种可程控仪器总装在一输入和输出电路的几种可程控仪器总装在一起形成一个组装系统。起形成一个组装系统。w2 2第二代接口标准化阶段第二代接口标准化阶段w 2020世纪世纪7070年代，随着标准化的通用接口年代，随着标准化的通用接口总线的出现，采用通用接口总线的第二代自总线的出现，采用通用接口总线的第二代自动测试系统产生了。动测试系统产生了。w 在这种系统中，所有设备都采用标准化在这种系统中，所有设备都采用标准化的接口和总线按积木的形式连接起来。

22、的接口和总线按积木的形式连接起来。w最常用的接口总线为最常用的接口总线为GPIBGPIB和和VXIVXI总线。总线。w3 3第三代基于第三代基于PCPC仪器（仪器（personal Computer-personal Computer-based instrument-based instrument）阶段）阶段w 虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类，形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类，在虚拟仪器中计算机处于核心地位。在虚拟仪器中计算机处于核心地位。w 计算机软件技术和测试系统更紧密地结计算机软件技术和测试系统更紧密地

23、结合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化。计观点等都发生了突破性的变化。w 从构成上来说，虚拟仪器就是利用现有的从构成上来说，虚拟仪器就是利用现有的计算机，配上相应的硬件和专用软件，形成计算机，配上相应的硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。w 在使用上来说，虚拟仪器利用在使用上来说，虚拟仪器利用PCPC计算机计算机强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器面板面板(

24、也即软面板也即软面板)。w 操作人员通过友好的图形界面及图形化操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行，完成对被测试量的编程语言控制仪器运行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。w自动测试系统的发展趋势是虚拟仪器系统。自动测试系统的发展趋势是虚拟仪器系统。9.3.3 9.3.3 自动测试系统的分类自动测试系统的分类w 自动测试系统有几种不同的分类方法，自动测试系统有几种不同的分类方法，这里所介绍的是根据系统所使用的接口和总这里所介绍的是根据系统所使用的接口和总线的不同进行分类。线的不同进行分类。w 按这种分类方法可把自动

25、测试系统分为：按这种分类方法可把自动测试系统分为：RS-232CRS-232C系统、系统、HP-ILHP-IL系统、系统、CAMACCAMAC系统、计算系统、计算机通用总线联成的系统、机通用总线联成的系统、GPIBGPIB系统等。系统等。w1 1RSRS232232系统系统w RSRS232C232C接口是美国电子工业协会（接口是美国电子工业协会（EIAEIA）提供的一种通信接口。提供的一种通信接口。w 它是用于数据终端设备（它是用于数据终端设备（DTEDTE）与数据通）与数据通信设备（信设备（DCEDCE）之问的串行接口。）之问的串行接口。w2 2HPHPILIL系统系统w HP-ILHP-

26、IL是是HPHP公司为便携式仪器组成系统而公司为便携式仪器组成系统而设什的一种低功耗低成本的接口标准。设什的一种低功耗低成本的接口标准。w 该系统由计算机、数字电压表、打印机该系统由计算机、数字电压表、打印机和盒式磁带机四台仪器组成，每台仪器配置和盒式磁带机四台仪器组成，每台仪器配置一个一个HP-ILHP-IL接口。接口。w 每个接口有一个输入端和一个输出端，每个接口有一个输入端和一个输出端，每个输出端只驱动一个输入端，形成环形双每个输出端只驱动一个输入端，形成环形双线链式联接方式。线链式联接方式。w3 3由计算机通用总线组成的系统由计算机通用总线组成的系统w 个人仪器系统就是以个人计算机为基

27、础，个人仪器系统就是以个人计算机为基础，通过计算机总线连接各功能模块所组成的系通过计算机总线连接各功能模块所组成的系统。统。w 各种功能的插入组件（也称模块），可各种功能的插入组件（也称模块），可以直接插入计算机内部的扩展槽中，也可以以直接插入计算机内部的扩展槽中，也可以插在外部的扩展箱中。插在外部的扩展箱中。w 每块插件的功能有强有弱，它可以是一每块插件的功能有强有弱，它可以是一台带微处理机的仪器，也可以是一块接口板。台带微处理机的仪器，也可以是一块接口板。w通过它将外部通道或仪器与本系统相接。通过它将外部通道或仪器与本系统相接。w4 4GPIBGPIB总线总线w 进入进入2020世纪世纪7

28、070年代，随着标准化的通用年代，随着标准化的通用接口总线的出现，产生了采用通用接口总线接口总线的出现，产生了采用通用接口总线的第二代自动测试系统。的第二代自动测试系统。w 在这种自动测试系统中，各设备都采用在这种自动测试系统中，各设备都采用标准化的接口和总线按积木的形式连接起来。标准化的接口和总线按积木的形式连接起来。w 系统中的各个控制设备，都配有标准化系统中的各个控制设备，都配有标准化的接口，用统一的无源总线连接起来。的接口，用统一的无源总线连接起来。w 1972 1972年美国惠普（年美国惠普（HPHP）公司推出通用接）公司推出通用接口总线口总线HPIBHPIB。w 该通用接口后被美国

29、电气与电子工程师该通用接口后被美国电气与电子工程师学会（学会（IEEEIEEE）及国际电工委员会（）及国际电工委员会（IECIEC）接收，）接收，并正式颁布了标准文件，称为并正式颁布了标准文件，称为GPIBGPIB（General General Purpose Interface BusPurpose Interface Bus）、）、IEEEIEEE488488或或IECIEC625625。w 国内一般称之为国内一般称之为GPIBGPIB或或IEEEIEEE488488。w GPIB GPIB是国际通用的仪器接口标准，目前是国际通用的仪器接口标准，目前生产的智能仪器几乎无一例外地都配有生产

30、的智能仪器几乎无一例外地都配有GPIBGPIB标准通用接口。标准通用接口。wGPIBGPIB标准包括接口与总线两部分。标准包括接口与总线两部分。w 接口部分是由各种逻辑电路组成，与各接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传送的信息进仪器装置安装在一起，用于对传送的信息进行发送、接受、编码和译码。行发送、接受、编码和译码。w 总线部分是一条无源的多芯电缆，用作总线部分是一条无源的多芯电缆，用作传输各种消息。传输各种消息。w 将具有将具有GPIBGPIB接口的仪器用接口的仪器用GPIBGPIB总线连接总线连接起来就构成标准接口总线系统。起来就构成标准接口总线系统。w GPIB

31、 GPIB仪器之间的通信是通过接口系统发仪器之间的通信是通过接口系统发送仪器消息和接口消息来实现的。送仪器消息和接口消息来实现的。w 仪器消息通常称为数据，其中包括该仪仪器消息通常称为数据，其中包括该仪器的编程指令、测量结果、机器状态和数据器的编程指令、测量结果、机器状态和数据文件等。文件等。w 接口消息通常称为命令，执行诸如总线接口消息通常称为命令，执行诸如总线初始化、对仪器寻址、将仪器设置为远程方初始化、对仪器寻址、将仪器设置为远程方式或本地方式等操作。式或本地方式等操作。w 接口消息和仪器消息的传递如图接口消息和仪器消息的传递如图9.39.3所示。所示。图图9.3 GBIP9.3 GBI

32、P接口消息和仪器消息接口消息和仪器消息w5 5VXIVXI总线总线w VXIVXI总线是总线是19871987年由年由HPHP等五家公司共同制等五家公司共同制订的、能使商用测试仪器界和军用测试仪器订的、能使商用测试仪器界和军用测试仪器界共同受益的、以界共同受益的、以3232位微机或工作站为基础位微机或工作站为基础的、以卡式仪器为对象的智能仪器总线标准。的、以卡式仪器为对象的智能仪器总线标准。w VXI VXI总线把已经经过长期应用考验的总线把已经经过长期应用考验的VMEVME总线进行扩展应用到仪器领域。总线进行扩展应用到仪器领域。w VXI VXI总线规范的目标是定义一系列对所有总线规范的目标

33、是定义一系列对所有厂商开放的、与现有工业标准兼容的、基于厂商开放的、与现有工业标准兼容的、基于VMEVME总线的模块化仪器标准，其特点为。总线的模块化仪器标准，其特点为。w（1 1）通过使用统一的公共接口，降低系统集）通过使用统一的公共接口，降低系统集成时间的软件开发成本。成时间的软件开发成本。w（2 2）使用专门的通信协议和更宽的数据通道，）使用专门的通信协议和更宽的数据通道，为测试系统提供更高的数据吞吐率。为测试系统提供更高的数据吞吐率。w（3 3）使）使VXIVXI标准比机架堆叠式系统具有更小标准比机架堆叠式系统具有更小的体积。的体积。w（4 4）通过使用虚拟仪器原理能容易地扩展测）通过

34、使用虚拟仪器原理能容易地扩展测试系统的功能。试系统的功能。w（5 5）提供可用于军事模块化仪器的测试设备。）提供可用于军事模块化仪器的测试设备。w（6 6）使设备之间以更明确的方式通信。）使设备之间以更明确的方式通信。w（7 7）在该规范内定义实现多模块仪器系统的）在该规范内定义实现多模块仪器系统的方法。方法。w 一个基本的一个基本的VXIVXI仪器系统可以有三种不同仪器系统可以有三种不同的配置方法。的配置方法。w（1）GPIB方式方式w（2 2）MXIMXI（Multisystem Extension Multisystem Extension InterfaceInterface，多系统扩

35、展接口）控制方式。，多系统扩展接口）控制方式。w（3 3）嵌入式方案）嵌入式方案w 比较以上三种比较以上三种VXIVXI控制方案，控制方案，GPIBGPIB控制方控制方式适用于对总线控制的实时性要求不高，并式适用于对总线控制的实时性要求不高，并需在系统中集成较多需在系统中集成较多GPIBGPIB仪器的场合。仪器的场合。w 嵌入控制方式由于在系统的紧凑性、控嵌入控制方式由于在系统的紧凑性、控制速率和电磁兼容方面具有优势，因而在性制速率和电磁兼容方面具有优势，因而在性能要求较高和投资较大的场合，如航天、军能要求较高和投资较大的场合，如航天、军用等应领域倍受青睐。用等应领域倍受青睐。w MXI MX

36、I控制方式具有较高的性能价格比，便控制方式具有较高的性能价格比，便于系统扩展和升级，适合于在各种实验室中于系统扩展和升级，适合于在各种实验室中实现科研系统以及对体积要求不高的场合使实现科研系统以及对体积要求不高的场合使用。用。9.4 9.4 虚拟仪器虚拟仪器9.4.1 9.4.1 概述概述w1 1虚拟仪器的定义虚拟仪器的定义w 虚拟仪器虚拟仪器(Virtual Instrumentation)(Virtual Instrumentation)是是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合起来。硬件结合起来。w 用户可以通过友好的图形界面来操作这用户可以

37、通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样。的一台单个仪器一样。w 从而完成对被测试量的采集、分析、判从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。断、显示、数据存储等。w 与传统仪器一样，它同样可以划分为数与传统仪器一样，它同样可以划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能据采集、数据分析处理、显示结果三大功能块块(如图如图9.49.4所示所示)。w 虚拟仪器以透明方式把计算机资源和仪虚拟仪器以透明方式把计算机资源和仪器硬件的测控能力相结合，实现仪器的功能器硬件的测控能力相结合，实现仪器的功能运作。运

38、作。插入式DAQ卡GPIB仪器VXI仪器RS-232信号处理数字滤波统计分析网络传输硬复制图形用户接口文件I/O采集处理数据处理结果表达图图9.4 9.4 虚拟仪器的内部功能划分虚拟仪器的内部功能划分w 应用程序将可选硬件应用程序将可选硬件(如如GPIBGPIB、VXIVXI、RS232RS232、DAQ)DAQ)和可重复使用源码库函数等软件和可重复使用源码库函数等软件结合起来实现模块间的通信、定时与触发，结合起来实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。提供了基本的软件模块。w 当用户的测试要求变化时，可以

39、方便地当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己来增减硬软件模块，或重新配置由用户自己来增减硬软件模块，或重新配置现有系统以满足现有系统的测试要求。现有系统以满足现有系统的测试要求。w 所以，虚拟仪器是由用户自己定义、自所以，虚拟仪器是由用户自己定义、自由组合的计算机平台、硬件、软件以及完成由组合的计算机平台、硬件、软件以及完成系统功能所需附件。系统功能所需附件。w 而这在由供应商定义、功能固定、独立而这在由供应商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。的传统仪器上是达不到的。w2 2虚拟仪器的演变与发展虚拟仪器的演变与发展w 电子测量仪器经历了由模拟仪器、带电子测量仪器经历了由模拟仪器

40、、带GPIBGPIB接口的智能化仪器到全部可编程虚拟仪接口的智能化仪器到全部可编程虚拟仪器的发展历程，其中每次飞跃都是以计算机器的发展历程，其中每次飞跃都是以计算机技术的进步为动力。技术的进步为动力。w 由于计算机技术特别是计算机总线标准由于计算机技术特别是计算机总线标准的发展直接导致了虚拟仪器在的发展直接导致了虚拟仪器在PXIPXI和和VXIVXI两个两个领域中得到了快速发展，它们成为未来仪器领域中得到了快速发展，它们成为未来仪器行业的两大主流产品。行业的两大主流产品。w 给定计算机运算能力和必要的仪器硬件给定计算机运算能力和必要的仪器硬件之后，构造和使用虚拟仪器的关键在于应用之后，构造和使

41、用虚拟仪器的关键在于应用软件。软件。w 基于软件在虚拟仪器中的作用，美国国基于软件在虚拟仪器中的作用，美国国家仪器公司家仪器公司(National Instruments(National Instruments，简称，简称NI)NI)提出了提出了“软件即仪器软件即仪器”(The Software is(The Software is the instrument)the instrument)的口号，的口号，w 而其而其LabVIEWLabVIEW也不能不被提及，它提供了也不能不被提及，它提供了虚拟仪器的图形编程环境。虚拟仪器的图形编程环境。w 在这个软件环境中提供的一种像数据流在这个软件环

42、境中提供的一种像数据流一样的编程模式，用户只需连接各个逻辑框一样的编程模式，用户只需连接各个逻辑框即可构成程序。即可构成程序。w 它还以图形方式提供了大量的显示和分它还以图形方式提供了大量的显示和分析程序库，利用软件平台可大大缩短虚拟仪析程序库，利用软件平台可大大缩短虚拟仪器控制软件的开发时间，而且用户可以建立器控制软件的开发时间，而且用户可以建立自己的措施方案。自己的措施方案。w 大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段。为三个阶段。w 第一阶段，利用计算机增强传统仪器的第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。功能。w第二阶段，开放式的仪器构成。第二阶段

43、，开放式的仪器构成。w 第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。和采用。w 软件领域面向对象技术把任何用户构建软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来，虚拟仪虚拟仪器需要知道的东西封装起来，虚拟仪器将成为一种主流技术。器将成为一种主流技术。w 几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。成为虚拟仪器行业的标准工具。w 用户可以把用户可以把I/OI/O接口软件当作独立的程序接口软件当作独立的程序使用，设计自己的程序时可以自由选择语言使用，设计自己的程序时可以自由选择语言和操作系统。

44、和操作系统。w 公司开发的公司开发的LabVIEWLabVIEW和和LabWindows/CVILabWindows/CVI是两种比较好的开发环境，是两种比较好的开发环境，w 他们把所有必要的硬件、软件组合成一他们把所有必要的硬件、软件组合成一个单一的开发环境，并带有高级的特定仪器个单一的开发环境，并带有高级的特定仪器驱动程序以及数据分析和显示的其它工具。驱动程序以及数据分析和显示的其它工具。w当然，这两者又各有侧重。当然，这两者又各有侧重。w 用户可以选择适合自己的环境，用户可以选择适合自己的环境，LabWindows/CVILabWindows/CVI更适合于那些习惯于或更适合于那些习惯于

45、或BASICBASIC进行程序设计的用户。进行程序设计的用户。w 而而LabVIEWLabVIEW则较适合于偏好图形化设计而则较适合于偏好图形化设计而不是传统的文本式编程的用户。不是传统的文本式编程的用户。w3 3虚拟仪器的特点及发展趋势虚拟仪器的特点及发展趋势w 通过前面对虚拟仪器比较细致的讨论，通过前面对虚拟仪器比较细致的讨论，我们对虚拟仪器有了一个比较清晰的概念。我们对虚拟仪器有了一个比较清晰的概念。w 那么，我们不妨再把虚拟仪器与传统仪那么，我们不妨再把虚拟仪器与传统仪器加以比较，看看各自的特点。器加以比较，看看各自的特点。w比较结果如表比较结果如表9.19.1所示。所示。传统仪器传统

46、仪器虚拟仪器虚拟仪器关键是硬件关键是硬件关键是软件关键是软件开发与维护的费用高开发与维护的费用高开发与维护的费用低开发与维护的费用低技术更新周期长技术更新周期长技术更新周期短技术更新周期短价格高价格高价格低，并且可重用性与可配置价格低，并且可重用性与可配置性强性强厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能用户定义功能用户定义功能系统封闭、固定系统封闭、固定系统开放、灵活，与计算机的进系统开放、灵活，与计算机的进步同步步同步不易与其他设备连接不易与其他设备连接与其他设备极易相连与其他设备极易相连表表9.19.1 传统仪器与虚拟仪器的比较传统仪器与虚拟仪器的比较w 20 20世纪世纪9090年代，虚拟仪器技

47、术开始向图年代，虚拟仪器技术开始向图形化开发平台的更高级硬件模块、形化开发平台的更高级硬件模块、I/OI/O总线及总线及驱动程序标准化、可用性强等方向发展。驱动程序标准化、可用性强等方向发展。w 当当VXIVXI即既插即用系统联盟成立以后，他即既插即用系统联盟成立以后，他们在虚拟仪器方面提出更新的目标。们在虚拟仪器方面提出更新的目标。w（1 1）对）对I/OI/O进一步标准化，使他们在任何特进一步标准化，使他们在任何特定的语言环境中的使用与硬件无关。定的语言环境中的使用与硬件无关。w（2 2）对设备的驱动程序标准化，使用户在源）对设备的驱动程序标准化，使用户在源代码级使用仪器功能。代码级使用仪

48、器功能。w（3 3）通过外观和感观一致在软面板上对系统）通过外观和感观一致在软面板上对系统进行操作，并且有公用的安装程序。进行操作，并且有公用的安装程序。w 图形化编程平台的进一步发展与完善也图形化编程平台的进一步发展与完善也是虚拟仪器技术发展的一个重要方向。是虚拟仪器技术发展的一个重要方向。w 如何使用户进行少量的学习甚至不需要如何使用户进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟仪器。学习就可使用功能强大的虚拟仪器。w 如何使用户简洁地构成虚拟仪器系统并如何使用户简洁地构成虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容。完成复杂的测试内容。w 如何帮助用户对测试结果进行分析和判如何帮助用户对测试结

49、果进行分析和判断等等内容，都是虚拟仪器技术的努力方向。断等等内容，都是虚拟仪器技术的努力方向。w 随着技术的进步，在共同的标准下，使随着技术的进步，在共同的标准下，使用不同厂家的模块化功能硬件和应用软件毫用不同厂家的模块化功能硬件和应用软件毫无障碍地构建自己的测试系统是完全可能的无障碍地构建自己的测试系统是完全可能的事，而用户需要做的可能只是运行几个程序。事，而用户需要做的可能只是运行几个程序。w4 4虚拟仪器应用虚拟仪器应用w 虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个基虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个基本方法，是技术进步的必然结果。本方法，是技术进步的必然结果。w今天，它的应用已经遍及各行各业。今天

50、，它的应用已经遍及各行各业。w 很多测量工程师现在都在使用虚拟仪器，很多测量工程师现在都在使用虚拟仪器，即用计算机控制一台即用计算机控制一台GPIBGPIB或或RS-232RS-232仪器，通仪器，通过计算机屏幕上的图形化前面板操作仪器，过计算机屏幕上的图形化前面板操作仪器，这与操作一台物理的仪器没有区别。这与操作一台物理的仪器没有区别。w 计算机能够模仿远处的物理设备，整个计算机能够模仿远处的物理设备，整个过程给你一个感觉过程给你一个感觉:你不在仪器旁边，却在远你不在仪器旁边，却在远处虚拟地操作着这台仪器。处虚拟地操作着这台仪器。w 另外的一种情况是将一个图形化仪器前另外的一种情况是将一个图