7 仪器系统建模设计与仿真

《7 仪器系统建模设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章仪器系统建模设计与仿真仪器的结构与组成滤波器模型信源模型信号参数的测量与分析锁相环和载波提取A/D和D/A转换器模型7.1仪器的结构与组成测试仪器的发展历经了传统仪器、智能仪器、卡式仪器、虚拟仪器等几个主要阶段。传统仪器的发展经历了漫长年代，在很长一段时间里一直对人类生产生活起着了巨大作用。只是到了20世纪中后叶，随着人类科学技术水平的不断发展。才使得传统仪器在某些应用领域显得有些不适时宜，如航空、航天、科学研究以及军事等一些重要部门。传统仪器的这些不足推动了测试仪器进一步发展。20世纪80年代初，随着计算机技术和通讯技术的迅猛发展，相继出现了智能仪器、卡式仪器等新

2、型测试系统。它们是计算机技术、总线技术，数字化技术等与传统仪器技术相结合的产物。它们的出现极大地推动了测试仪器的发展。但是由于智能仪器、卡式仪器本身所存在的一些局限性，使得在20世纪80年代末到90年代初，随着世界科技水平飞速发展，特别是计算机软、硬件技术，总线接口技术以及数字化技术的不断成熟，又出现了以VXI、PXI等总线形式的自动化测试系统。在此基础上，人们提出了虚拟仪器概念。并得以实现。它代表了21世纪测试仪器发展的新方向。7.1.1传统测试仪器传统测试仪器(TraditionalInstrumentsTI)很早就有，涉及社会生活的方方面面。对改善人类生活、促进社会

3、发展和科技进步起到了不可估量的作用。直到现在还在很多领域发挥着、并将继续发挥作用。传统测试仪器主要结构传统测试仪器主要结构由硬件构成，并以相对固定形式确定下来，所实现测试功能较单一。用户在使用过程中难以对其功能进行改变。通常情况下，它具有输入信号接口(有些特殊仪器设备还具有信号输出接口)、内部处理电路和实时显示部分。对于一些仪器功能(如自调零、自校准、自动调节量程等)的设置是由用户在仪器设备面板上手工完成。传统测试仪器主要特点传统测试仪器主要特点是自成体系，自我包容，用户无法改变其内容。传统仪器所有功能，如信号输入输出范围、用户界面功能(旋钮、开关、显示面板等)，以及使用

4、场合等都事先确定好，固定在机箱内，用户无法改变其测试功能或应用场合。同时一台普通传统仪器还是个相对独立体，它不能与其他仪器设备进行通信联系，而只能用于现场测量，测量结果不能存储、处理、再显示。另外，传统仪器难以升级换代，且开发研制周期长、经费投入大。传统仪器对当今一些大型测试现场和技术要求较高的测试场合，如航空、航天、飞机测试等，就显得不合适。随着科技水平不断发展，人们对传统测试仪器提出以下几方面要求：测试精度高、功能强、可靠性好，测试全程自动化、智能化，仪器体积小、使用灵活方便、升级便利，同时还能进行测量数据的存储、处理和显示，具有和其他仪器设备(如计算机等)进行数据通

5、讯等功能。这些新要求促使着传统仪器不断改进和发展，国际上一些大型仪器仪表制造商，如美国HP、NI、TI公司等，都为此做出了不懈努力，并取得了巨大成绩。7.1.2智能仪器智能仪器(IntelligentInstruments：II)是现代测试技术与计算机技术相结合的产物。它是含有微计算机或微处理器的测试仪器，测量结果具有存储、运算、逻辑判断及自动操作、自动控制等功能，也即具有一定智能作用，将其称之为“智能仪器”。自从1971年世界上出现了第一款微处理器(美国Intel公司4004型4位微处理器芯片)以来，微计算机技术得到了迅速发展。在此基础上，测试仪器也随之有了新的发展方向

6、，并取得了不断进步。电子计算机从过去庞然大物缩小到可以置于测量仪器之中，作为仪器控制器、存储器以及运算器，从而使其具有智能功能。目前智能仪器在测量过程自动化、测量结果处理以及一机多用(多功能化)等方面已取得巨大进步，在高准确度、高性能、多功能测量仪器中绝大多数都采用了微计算机技术。智能仪器的出现和发展可以从其对传统仪器的改进和新型仪器的出现两方面加以归纳。智能仪器是将传统仪器中控制环节、数据采集与处理、自调零、自校准、自动调节量程等功能改由微处理器完成，从而提高精度和测量速度。如传统数字万用表，在采用单片微机控制后，其功能更加多样，使用更加方便、可靠，而且准确度大为提高。

7、目前绝大多数传统测量仪器都有了相应智能化仪器升级产品。智能仪器还开辟了许多新的应用领域，出现了许多新型智能仪器设备。如电子产品生产线或检验系统中的各种计算机辅助测试CAT(ComputerAidedTest)仪器等。智能仪器主要结构智能仪器实质上是一个专用微机系统，结构上主要由硬件和软件两大部分构成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机联系部件与接口电路、标准通信接口等，其通用结构框图如图1所示。其中主机电路用来存储程序、数据，并进行运算和处理，它通常是由微处理器、程序和数据存储器、输入输出(I／O)接口电路等组