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1、第一讲虚拟仪器的技术背景与基本概念背景:伴随摩尔定律的技术飞速发展晶体管数量每18个月提高1倍≈处理器性能每18个月提高1倍性能提升体积减小成本降低仪器技术与系统的发展趋势伴随着半导体技术、处理器技术、计算机总线技术、网络技术、软件技术等快速发展，仪器与测控系统出现了如下的一些发展趋势:数字化自动化综合化模块化标准化虚拟化智能化网络化1.数字化模拟量转换成数字量并进行处理，具有精确度高、稳定度高，速度快，便于数字处理计算和远传等特点ADCDAC处理器接口存储器数字化摩尔效应驱动ADC的革新数字化半导体的摩尔效应ADC类型：积分型ADC压频变换型ADC
2、Σ-ΔADC逐次逼近型ADCADC向高速、低功耗、高分辨率等方向演进……数据采集硬件价格的降低16-BitADC价格12-BitADC价格NI数据采集硬件价格(折算成单通道价格)NIM系列数据采集卡GraphSource:NationalInstruments&aLeadingADCSupplierNIE系列数据采集卡以NI公司的数据采集板卡为例，性价比随时间不断提高数字化2.自动化程序控制代替手动操作，提高效率，减轻操作者劳动强度.自动化程度愈高，速度愈快自动化3.综合化利用一台多功能仪器代替多台单功能仪器系统，提高灵活性和可靠性，并降低成本，减小
3、体积例如:相同的通用射频硬件结合不同软件程序实现多种无线协议测试以及射频参数测试等功能综合化WLANGSM/EDGEGPSWCDMAWiMAXZigBee4.模块化插卡或模块代替传统台式仪器，在系统应用时节省系统重复资源，减少体积和重量模块化促进模块化仪器发展的更多半导体技术内存芯片PCIe桥接芯片处理器FPGADSP电源管理模块化摩尔定律促使仪器体积的减小模块化16.8”7.0”21.9”5.1”4.0”8.5”总线的概念总线的概念目的:实现不同的仪器(分立仪器或模块化仪器)与计算机处理器之间的连接(传递控制命令与测量数据)接口控制器接口功能部分接
4、口功能部分接口功能部分12n……总线模块化模块化仪器架构的出现软件共享的电源定时控制可编程的用户界面测量硬件开放总线PC处理器,OS模块化仪器系统模块2模块4模块3模块5模块6固件电源定时控制固定的用户界面测量子系统内部总线专用处理器,OS传统台式系统模块1便于保持已有投资同时便于利用最新半导体及PC技术模块化模块化仪器架构的出现软件共享的电源定时控制可编程的用户界面测量硬件开放总线PC处理器,OS模块化仪器系统模块2模块4模块3模块5模块6模块1运用最新的CPU及内存技术易于系统升级最新的总线技术通过模块化架构加载更高精度时钟借助最新的ADC,AS
5、IC,DSP,定时芯片…更高效稳定的电源管理模块化便于保持已有投资同时便于利用最新半导体及PC技术5.标准化利用标准总线使仪器互联成系统或配备总线接口的仪器，相对独立仪器可减少系统集成时间，提高响应性和简便性.并行总线适合于本地/集中，串行总线适合远程/分布测试目前常见的仪器总线标准外部总线:多用于连接分立式仪器,包括Serial(如RS-232),GPIB,LAN/LXI,USB等内部总线:多用于连接模块化仪器,包括PCI/PCIExpress,CompactPCI,PXI/PXIExpress等标准化主流仪器总线技术的发展历程传统仪器出现基于PC
6、技术的仪器(ISA,PCI,CompactPCI…)VXIPXILXIGPIB19701980199020002010计算机技术的发展定时与同步标准化GPIB专为测试仪器设计的总线广泛的行业应用最大程度适用于仪器设备鲁棒性和可靠性30余年来的兼容性适用于:自动化现有的设备混合系统特别要求专用仪器的系统标准化488.2最高带宽:1.8Mbytes/sHS488最高带宽:8Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟典型值:几十μsSerial每次在串行线上传送1bit数据适用于数据率低、传输距离较长的场合大多数PC都有串口，不需要额外的接口板卡RS-232/
7、422/485标准化USB在PC上的通用性低成本接口即插即用适用于便携式台式应用低成本系统标准化带宽:60Mbytes/s(USB2.0)带宽分布:所有端口共享传输延迟典型值:>100μsPCI/CompactPCI/PCIExpress最佳的带宽和延迟在PC上的通用性为系统带来较低的成本适用于:高性能系统数据量要求大的系统集成数种仪器标准化PCI带宽:132Mbytes/sPCI带宽分布:共享PCIExpress带宽(x8):2Gbytes/sPCIExpress带宽分布:每插槽专用传输延迟:<1μs,最好VME/VXI较早的军用/航空系统内部总线
8、专用仪器设备适用于:维护现有的ATE系统构架标准化VXI最高带宽:40Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟
