儀器與測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)

培訓(xùn)虛擬儀器、測(cè)試儀器簡(jiǎn)介

主講人：薛旵峰

2004年12月21日介紹儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總線技術(shù)虛擬儀器及技術(shù)規(guī)范虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境與軟件設(shè)計(jì)儀器技術(shù)的發(fā)展概況

指針式儀表模擬器件儀表

智能儀表數(shù)字器件儀表

個(gè)人儀器虛擬儀器儀器技術(shù)的發(fā)展概況智能儀器

實(shí)際上一個(gè)專(zhuān)用的微處理器系統(tǒng)，包含微處理器電路（CPU、RAM、ROM），模擬輸入輸出通道（A/D、D/A、傳感器），鍵盤(pán)顯示接口，標(biāo)準(zhǔn)通信接口（GPIB、RS—232）個(gè)人儀器

PC儀器或卡式儀器，由置于個(gè)人計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽或?qū)ｉT(mén)的儀器擴(kuò)展箱中的查卡或模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器功能，這些儀器查卡或模塊通過(guò)PC總線直接與計(jì)算機(jī)相連虛擬儀器

以計(jì)算機(jī)為儀器的硬件支撐，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存貯、文件管理等功能，把傳統(tǒng)儀器的功能軟件化，構(gòu)成一種從外觀到功能都與傳統(tǒng)儀器相似，卻依賴(lài)計(jì)算機(jī)軟硬件資源實(shí)現(xiàn)功能的儀器系統(tǒng)儀器技術(shù)的發(fā)展概況虛擬儀器系統(tǒng)簡(jiǎn)介（一）虛擬儀器三種結(jié)構(gòu)形式

GPIB總線、PC-DAQ、VXI總線（二）虛擬儀器VXI總線技術(shù)規(guī)范

VXI即插即用系統(tǒng)即VPP技術(shù)規(guī)范，對(duì)VXI總線系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、儀器驅(qū)動(dòng)器、高級(jí)應(yīng)用軟件工具、虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)（VISA）、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)和技術(shù)支持等方面做了詳細(xì)規(guī)定。VXI總線有兩種儀器控制方式，1：消息基控制，如GPIB控制；2：寄存器基控制，通過(guò)訪問(wèn)寄存器實(shí)現(xiàn)儀器控制

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總線技術(shù)概述總線的分類(lèi)

片內(nèi)總線：微處理器芯片內(nèi)的總線，用于連接微處理器內(nèi)部的各邏輯功能單元

片間總線：元件級(jí)總線，一個(gè)微處理器應(yīng)用系統(tǒng)中連接各芯片的總線。如MOTO的SPI總線，PHILIPS的I2C總線

內(nèi)總線：板級(jí)總線，是微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線。常用的有：PC/XT、ISA、EISA、PCI、VME、VXI、PXI等

外總線：通訊總線，用于微機(jī)系統(tǒng)之間、微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)之間及微機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的通訊連接。常用的有：RS—232、USB、SCSI、GPIB、CAMAC等。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總線技術(shù)概述自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和儀器專(zhuān)用總線

1）GPIB

通用接口總線的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種并行方式的外總線，包括8條數(shù)據(jù)線、5條控制線、3條掛鉤線和8條地線，采用比特并行、字節(jié)串行的雙向異步通信方式。IEEE在1987年6月通過(guò)IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其代碼、格式、通用命令作了標(biāo)準(zhǔn)化。

2）CAMAC系統(tǒng)一種總線型的模塊化儀器系統(tǒng)，試用于核工業(yè)、航天航空、國(guó)防等領(lǐng)域

3）VXI

用于儀器的VME總線擴(kuò)展，吸取VME總線和GPIB總線技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，一種模塊化儀器總線，具有高速、靈活性、小型化、低成本等特點(diǎn)

4）PXI

是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是1997年NI公司推出的一種全新的開(kāi)放式、模塊化儀器總線規(guī)范其他總線

STD、ISA、EISA、PCI、USB等自動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展概況（一）第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)分析系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制采用計(jì)算機(jī)或其他一些簡(jiǎn)單的邏輯盒定時(shí)電路。儀器、接口沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)的適應(yīng)性盒可擴(kuò)展性差（二）第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

采用標(biāo)準(zhǔn)的總線接口，配有標(biāo)準(zhǔn)化的接口電路，用同一的總線電纜將各器件連接起來(lái)，測(cè)試速度和精度大大提高。最具代表性的是CAMAC總線系統(tǒng)和GPIB總線系統(tǒng)

（三）第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

隨著智能儀器，個(gè)人儀器的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和測(cè)量?jī)x器的結(jié)合越來(lái)越緊密，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)為核心的新型儀器系統(tǒng)即虛擬儀器系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)、精度高、速度快等特點(diǎn)虛擬儀器技術(shù)規(guī)范VPP系統(tǒng)框架

儀器驅(qū)動(dòng)器接口通訊接口儀器接口

應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境ADE儀器驅(qū)動(dòng)器通信管理程序

VXIGPIB

其他虛擬儀器技術(shù)規(guī)范儀器驅(qū)動(dòng)器

（一）基于GPIB總線的機(jī)架堆疊式系統(tǒng)

用GPIB總線將廠商不同類(lèi)型的臺(tái)式儀器連接起來(lái)，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)儀器廠商提供的用戶(hù)手冊(cè)和編程指導(dǎo)書(shū)，利用解釋BASIC的I/O語(yǔ)句向儀器發(fā)送ASCII命令和接收ASCII數(shù)據(jù)串，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試

（二）標(biāo)準(zhǔn)儀器命令集

IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)：IEEE標(biāo)準(zhǔn)代碼、格式、協(xié)議、和公用命令，在488.1規(guī)范對(duì)儀器電氣、機(jī)械和功能兼容性做出規(guī)定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步定義了適用于IEEE488系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代碼和格式、于具體器件無(wú)關(guān)的消息交換通信協(xié)議以及一些公用命令，但I(xiàn)EE488.2只定義了儀器內(nèi)部管理功能不涉及器件消息。1990年四月，HP等九家著名儀器制造商發(fā)布可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI，將不同廠家的同類(lèi)儀器指令標(biāo)準(zhǔn)化。不適用于一些通過(guò)訪問(wèn)底層寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的VXI總線儀器

虛擬儀器技術(shù)規(guī)范儀器驅(qū)動(dòng)器

（三）儀器驅(qū)動(dòng)器軟件

20世紀(jì)80年代，開(kāi)始采用模塊化編程方法，并嘗試研究部分儀器代碼的可重用性問(wèn)題，市場(chǎng)上出現(xiàn)為特定儀器預(yù)先編寫(xiě)的一些軟件程序庫(kù)，即儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)。（四）VPP儀器驅(qū)動(dòng)器

VXI總線系統(tǒng)的某些優(yōu)越性在于寄存器基控制。1993年VPP聯(lián)盟的成立，促成了VPP儀器驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的建立。VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序比命令集編程方法高一個(gè)層次，他將各種儀器的底層通訊細(xì)節(jié)封裝在高級(jí)功能函數(shù)中，用戶(hù)可在自己的應(yīng)用程序中直接調(diào)用這些高級(jí)函數(shù)。虛擬儀器技術(shù)規(guī)范儀器驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)模型（一）儀器驅(qū)動(dòng)器外部接口模型

用戶(hù)程序交互式開(kāi)發(fā)者接口子程序接口編程開(kāi)發(fā)者接口VISAI/O接口儀器驅(qū)動(dòng)器（函數(shù)體）虛擬儀器技術(shù)規(guī)范儀器驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)模型（二）儀器驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)部設(shè)計(jì)模型用戶(hù)程序交互式開(kāi)發(fā)者接口編程開(kāi)發(fā)者接口部件函數(shù)子程序接口VISAI/O接口初始化函數(shù)關(guān)閉函數(shù)應(yīng)用函數(shù)配置函數(shù)動(dòng)作/狀態(tài)函數(shù)數(shù)據(jù)函數(shù)實(shí)用函數(shù)虛擬儀器技術(shù)規(guī)范儀器驅(qū)動(dòng)器函數(shù)命名規(guī)范

VPP-9規(guī)范定義儀器廠家的兩個(gè)縮寫(xiě)字符開(kāi)頭儀器驅(qū)動(dòng)器的必備函數(shù)

初始化函數(shù)復(fù)位函數(shù)自檢函數(shù)錯(cuò)誤查詢(xún)函數(shù)錯(cuò)誤消息函數(shù)版本查詢(xún)函數(shù)

關(guān)閉函數(shù)

虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)與軟件設(shè)計(jì)虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

（1）圖形化編程環(huán)境Labview、AgilentVEE

（2）文本編程環(huán)境LabWindows/CVI

（3）可視化軟件編程環(huán)境VC、VB、Delphi虛擬儀器的軟件設(shè)計(jì)