《虚拟仪器讲稿》PPT课件.ppt

第二章 虚拟仪器技术,PXI总线与虚拟仪器,什么是虚拟仪器PXI与VXI总线比较与选择PXI虚拟仪器技术国内外现状与应用实例虚拟仪器的软件平台,一、什么是虚拟仪器,仪器的发展历史,第一代仪器：模拟仪器第二代仪器：数字化仪器第三代仪器：智能仪器第四代仪器：虚拟仪器,仪器的发展历史,第一代仪器：模拟仪器如指针式万用表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。第二代仪器：数字化仪器数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。,仪器的发展历史,第三代仪器：智能仪器智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代仪器：虚拟仪器虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。,仪器技术革命,第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代；目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时期：虚拟仪器时代。,仪器的构成元素,数据采集,信号处理,硬件（电子线路）,硬件（电子线路）,硬件（显示器与旋钮）,硬件（电子线路）,计算机软件（算法）,计算机硬件（显示器与虚拟旋钮）,传统仪器,虚拟仪器,计算机系统资源,传统仪器与虚拟仪器实现测量原理比较,传统仪器信号有效值测量,虚拟仪器信号有效值测量算法,传统仪器厂商定义功能,虚拟仪器用户定义功能,仪器概念的转变,Virtual Instrumentation-Computer Based Instruments,所谓的虚拟仪器，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，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。“虚拟”的含义虚拟的仪器面板由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）,虚拟仪器的定义,虚拟仪器的架构,模块化仪器,软件算法,PXI模块,PXI模块,VXI模块,虚拟仪器软件例子,传统仪器与虚拟仪器比较,总结,虚拟仪器是新一代仪器，是仪器的发展方向；虚拟仪器的核心软件算法代替硬件电路；虚拟仪器=总线模块算法；常用总线：PXI和VXI,二、PXI与VXI的比较与选择,PXI总线介绍VXI总线介绍PXI与VXI选择,广泛的工业支持 即插即用能力 几千种软件支持32位数据总线传输（33 MHz时钟）(132 Mbytes/sec)PCI 是事实上的工业标准,为什么使用 PCI总线?,PCI 总线,欧洲卡封装,优良的IEC连接器,CompactPCI,关于CompactPCI总线,更多数量的管脚更加可靠屏蔽阻抗匹配 可提供更多的扩展槽,J1,J2,为什么采用不同的连接器?,为什么采用欧卡标准?,多年工业应用所证明(VME,VXI,etc.)IEEE 1101 标准机械性能优异模块化且结构紧凑,PXI 基本构成,CompactPCI,软件规范,电气规范,机械规范,S,规范版本：1.0,开放的PXI系统规范,机械规范,冷却系统级环境规范：EMC，抗振，防尘等控制器定义在最左边的槽位上,PXI环境要求,PXI模块进行温度测试，推荐进行湿度、振动、冲击测试。EMC执行IEC61326-1标准，相当于GB/T 18268-2000标准。,系 统控制器,星形触发控 制 器,外部设备,外部设备,外部设备,132 Mb/s,33 MHz,32-bit 计算机总线,电气规范,PXI总线的定时和触发提高了测试性能：,软件规范,PXI控制器必须支持标准的构件结构，其预装操作系统：Windows NTWindows 9x/2000XP扩展模块必须提供32位的驱动程序,PXI 和 PC 软件是同样的！,操作系统和应用软件不用修改即可在PXI上运行。配置工具把PXI模块识为PCI设备！,CompactPCI,PCI总线,欧卡标准,高性能连接器,PXI 结构总结,PXI 构架在 CompactPCI之上，定义了一个完整的测控系统结构,组织目的-提高PXI-保证PXI可交互操作性-控制PXI规范应用集中在测试控制领域超过50家公司成员,PXI规范组织,PXI 系统联盟成员,GenRadGespacGoepel ElectronicGDE Systems(Marconi)GTE-ERSInnovative IntegrationKineticSystemsLeCroyMAC PanelMEN Mikro ElektronikTalon Instruments,Acqiris Advanced Power DesignsAdvanced Test MethodsAlphi TechnologyAMPAnalogicASCORARVOO EngineeringATEMEA&T Engineering Tech.Ctr.B&B TechnologiesBittWare Research SystemsBode EnterprisesBRIMEC&H TechnologiesCHROMA ATEData PatternsDateppliDatumDolch Computer Systems,National InstrumentsPickering InterfacesPX Instrument Tech.Racal InstrumentsRohde and SchwarzQuantum ControlsSBS GreenSpringSRCTestWareTracewell SystemsTTI TestronVero Electronics(APW)Virginia Panel Corp.ZYNXSchroffMarek MicroERNIBallard Technology,小结,PXI 是一个完整的系统规范，它在测试与控制领域扩展了CompactPCIPCI规范；PXI是一个被众多厂商支持的开放标准；目前有上千种产品在PXI系统中可用。,PXI和VXI性能比较,出现时间软件支持开发成本使用成本VXI1987年少高高PXI1997年多低低,PXI和VXI性能比较,PXI和VXI性能上的比较：,本地总线触发线总线速率星形总线VXI12 lines8 TTL,2 ECL40MB/s D-size onlyPXI13 lines8 TTL132MB/s 1 per slot,MXI,GPIB,PXI 系统,模块,模块,CompactPCI,PXI模块与其它标准的互联,MXI-3,价格,性能,Desktop PC,VXI,填补空白,PXI定位,PXI与VXI世界市场情况（By Frost）,PXI与VXI的选择,从虚拟仪器的概念出发，考虑总线选择；从国内外的工业现状出发，考虑总线选择；从市场表现角度，考虑总线选择,从虚拟仪器概念出发,虚拟仪器概念的核心：用软件代替硬件实现测量功能；PXI总线传输速度快，有利于CPU实时处理数据；VXI速度慢，是CPU实时处理的瓶颈；根据Moore定律，从发展角度讲，应选择PXI。,从国内外仪器工业现状出发,虚拟仪器技术降低了市场门栏 长期以来，我国仪器行业作出了巨大的努力，但始终没有能力与国外竞争。思考其中缘由，国外先进国家在长期的仪器发展中，形成了以知识产权为核心的技术壁垒，这个我们很难突破。也就是说，仪器市场准入门栏太高。虚拟仪器技术采用通用计算机平台，用软件算法代替硬件实现仪器功能，这使得我们可以绕过复杂的工艺问题和传统仪器的知识产权，进入一个全新的市场，与国外公司在一个全新的领域，展开竞争。我国仪器行业应抓住现在的大好时机，大力发展虚拟仪器。就能够迅速缩短我们与发达国家的差距。,从国内外仪器工业现状出发,PXI总线研发、生产成本大大低于VXI总线我们是发展中国家，对总线的成本比较敏感，就目前的情况而言，PXI总线产品价格约为VXI产品的1/2左右。近些年，虽然有很多VXI产品在国内推广，但能够大面积应用的不多，还没有VXI直接用于武器装备的例子。一个很大的制约因素就是价格，过高的价格限制了VXI产品的推广应用。,从国内外仪器工业现状出发,发达国家的市场退出成本较高，我们及时进入市场，能形成后发比较优势。发达国家已形成一套仪器工业体系和销售服务网络，在发展虚拟仪器方面，他们只能采用渐变的方式，逐步实现传统仪器退出市场，如果退出太快，就会造成巨大的退出成本。我们作为发展中国家，在传统仪器领域未能形成比较优势。如果我们集中力量，迅速进入下一代虚拟仪器市场，我们不存在退出成本的问题，能够迅速形成后发比较优势。略过传统仪器的发展阶段，迅速进入下一代仪器发展阶段，造成仪器技术的跨跃式发展态势。跨跃式发展模式也是发展中国家赶超发达国家的基本模式。,从PXI与VXI的市场表现角度出发,从PXI与VXI的市场表现角度出发,从图中可以看出，整个虚拟仪器市场都在增长。VXI总线市场也在增长，PXI总线市场增长的速度远远超过了VXI总线，平均年增长率为37.9%。到2008年，PXI总线短短10年的发展时间，市场销售额已达到经过20年发展的VXI总线的2/3。可以预测，未来的虚拟仪器领域将是PXI总线的天下，但近68年间，VXI和PXI会平分天下。这是就全球虚拟仪器市场而言，就国内市场，我们可以大力发展PXI总线，形成后发比较优势。,总结,PXI和VXI都是成熟的工业标准；PXI与VXI的主要性能差别是总线速度；认为PXI产品性能较低，是个错误；PXI产品价格较低；近68年内PXI和VXI将平分天下；未来的虚拟仪器领域将是PXI的天下；我国应大力发展PXI总线产品。,三、PXI虚拟仪器技术应用实例,澳大利亚皇家空军采用PXI虚拟仪器测量飞行参数,PXI虚拟仪器技术应用实例,数字化激光弹丸速度测量系统，北京鹏博达虚拟仪器技术公司；5124厂空气炮测控系统改造，北京鹏博达虚拟仪器技术公司；虚拟仪器在航空测试中的应用，海军航空工程学院；虚拟仪器在标准电阻检定中的应用，上海市计量测试研究院；基于PXI总线的多通道瞬态测试记录系统，西北工业大学；在虚拟仪器平台上构建便携式车辆综合测试系统，太原机械学院；虚拟仪器在医学工程中的应用，广州南方医院；,PXI示波器模块2.5GSa/s,PXI万用表模块,RF信号分析频率计、峰值功率表、时间间隔分析,任意波形发生器300MSa/s,多用表（Team公司）（电压、电流、电阻、电容、电感、温度、二极管、频率、信号源）,程控电源(Team公司)（直流30V/2A）,PXI机箱(GEOTEST公司)14 slots For 3U/6U,机箱（3U）,机箱控制器（3U、18槽）,带显示屏机箱,PXIS-25066 槽 PXI/CompactPCI 平台,6 CompactPCI/PXI 槽自带冷却风扇可选 6.4”TFT LCD 和 250W 电源便携/墙安装/面板安装,PXIS-2650:8-槽 3U CompactPCI/PXI 机箱带LCD 显示PXIS-2630:8-槽 3U CompactPCI/PXI 机箱,PXIS-26008-槽 PXI/CompactPCI 平台,PXIS-270018-槽 PXI/CompactPCI 平台,一个系统槽17 个外围槽400W+400W 冗余电源可移除的冷却风扇风扇及温度报警 LED,PXI-2000 系列,PXI-20XX 同步采集系列,PXI-22XX 64通道多功能系列,PXI-2010 4-CH 2MS/s,14-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2005 4-CH 500KS/s,16-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2006 4-CH 250KS/s,16-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2204 64-CH 3MS/s,12-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2205 64-CH 500KS/s,16-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2206 64-CH 250KS/s,16-bit A/D,2-CH,1MS/s 12-bit D/A,PXI-2000系列,PXI-25XX 模拟量输出系列,PXI-2501 4-CH 1MS/s,12-bit D/A,8-CH,400KS/s 14-bit A/D,PXI-2502 8-CH 1MS/s,12-bit D/A,4-CH,400KS/s 14-bit A/D,TE-5201100MS/s 任意波形发生器,100MS/s 时钟频率14-bit 电压分辨率(D/A)10 digits 分辨率(DDS)方便产生各种频率:FSK,Ramped FSK,Sweep,FM,TE-6100100MS/s DSO(数字存储示波器),100MS/s DSO8-bit A/D 分辨率直流到 50MHz 带宽100 mV to 80V 满偏四合一仪器DSO频谱分析仪电压表瞬态记录仪,PXI控制器（Pentium CPU）,RF多路复用器（3G带宽）,四、虚拟仪器的软件平台,虚拟仪器软件平台,Labview/Labwindows/CVI事实上的虚拟仪器软件平台HP-VEEVBVC+其它,