计算机在测控领域的应用

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1、计算机在测控领域的应用1　引言　　随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorporation，简称NI）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）的概念。虚拟仪器这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围

2、内得到了广泛的认同和应用，国内近几年的应用需求急剧高涨。因此，虚拟仪器的产生是测控领域的一次革命。　　2　虚拟仪器的基本概念、特点及其构成　　所谓虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。简而言之VI系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。用户可以通过友好的图形界面（这里称作虚拟前面板）操作计算机，如同操作功能相同的单台传统仪器一样。虚拟仪器具

3、有以下特点：　　①　在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。　　②　仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。　　③　仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需购买新的仪器。　　④　研制周期较传统仪器大为缩短。　　⑤　虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，可与网络及其它周边设备互联。　　与传统非数字化仪器相比，虚拟仪器技术的优势在于用户自定义仪器功能、结构等，且构建容易，转换灵活以及其开放性。　　虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件

4、、硬件接口模块等。其中，硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡（DAQ）、串／并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其它接口卡。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。在这里，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个系统的关键。　　2．1　虚拟仪器的硬件构成　　如图2—1所示，虚拟仪器的硬件构成有多种方案，通常采用以下几种：　　（1）基于数据采集的虚拟仪器系统　　这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如La

5、bVIEW（或LabWindows／CVI）相结合，通过A／D变换将模拟、数字信号采集到计算机进行分析、处理、显示等，并可通过D／A转换实现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时DSP等硬件模块。　　（2）基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统　　GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）仪器系统的构成是迈向虚拟仪器的第一步，即利用GPIB接口卡将若干GPIB仪器连接起来，用计算机增强传统仪器的功能，组织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

6、容易。它可高效灵活地完成各种不同规模的测试测量任务。利用GPIB技术，可由计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素造成的测试测量误差。同时，由于可预先编制好测试程序，实现自动测试，提高了测试效率。　　（3）利用VXI总线仪器实现虚拟仪器系统　　VXI（VMEbusExtensionforInstrumentation）总线为虚拟仪器系统提供了一个更为广阔的发展空间。VXI总线是一种高速计算机总线———VME（VersaModuleEurocard）总线在仪器领域的扩展。由于其标准

7、开放、传输速率高、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、结构紧凑、使用方便灵活，已越来越受到重视。它便于组织大规模、集成化系统，是仪器发展的一个方向。　　（4）基于串行口或其它工业标准总线的系统　　将某些串行口仪器和工业控制模块连接起来，组成实时监控系统。将带有RS－232总线接口的仪器作为I／O接口设备通过RS－232串口总线与PC计算机组成虚拟仪器系统，目前仍然是虚拟仪器的构成方式之一。当今，PC计算机已更多地采用了USB总线和IEEE1394总线。　　2．2　虚拟仪器的软件体系构成　　构成一个

8、虚拟仪器系统，基本硬件确定以后，就可通过不同的软件实现不同的功能。软件是虚拟仪器系统的关键。没有一个优秀的控制分析软件，很难构成一台理想的虚拟仪器系统。根据VPP（VXIPlug＆Play）系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构应包含3部分，如图2—2所示：　　（1）I／O接口软件　　I／O接口软件存在于仪器（即I／O接口设备）与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器寄存器单元进行直接存取数据操作，并为仪器与仪器驱动程序提供信息传