虚拟仪器-labview-课件PPT.ppt
9.1虚拟仪器体系结构分析9.2 DAQ基础及设备9.3 GPIB总线及接口设备9.4 VXI总线及接口设备9.5 PXI总线及接口设备,第九章 虚拟仪器体系与总线接口设备,9.1.1 虚拟仪器总体结构分析,图9-1 不同硬件平台与计算机的结合,图9-2 不同硬件平台的数字化能力,GPIB,Serial,DAQ,ProcessorUnit Under Test,VXI,Image Acquisition,MotionControl,PXI,ApplicationSoftware,Hardware&Driver Software,表9-1 不同体系结构虚拟仪器的系统性能,图9-3 带SCXI的非电量测量体系结构,9.1.2 非电量虚拟仪器体系结构分析,图9-4 带SC模块的VXI系统体系结构,图9-5 a)PC-DAQ台面系统,图9-5 b)PC-DAQ便携系统,图9-5 c)PC-DAQ远程测试系统,图9-8 集中控制数据系统的体系结构,图9-9 分布式数据采集系统的体系结构,9.2 DAQ基础及设备,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.1 DAQ仪器与总线由仪器卡组成的DAQ仪器的主要方式有：内插式：将仪器卡插入微机的内部总线；外挂式：将微机总线引到扩展箱；直接外挂式：在微机外总线（并口、USB）接入仪器卡。总线：模块与模块或设备与设备之间传送信息的一组公用信号线，是系统在主控制器的控制下，将发生器发出的信息准确地传送给某个接收器的信号通道。,ProcessorUnit Under Test,PXI,4种计算机总线：片内总线（In Chip Bus）；芯片总线（Component Level Bus）；内总线（Board Level Bus）；外总线（System Level Bus）。与DAQ仪器相关的总线类型：内总线和外总线,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.2 DAQ仪器的特点 缩短研制周期，提高产品的竞争力；可视化与直读性；测试过程控制与强大的数据处理能力；模块化与多功能性；集成化与扩展性；操作自动化与方便性；,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.3 DAQ仪器设计关键技术 总线扩展与接口技术；A/D和D/A转换技术；多路开关和滤波放大技术；高速缓存电路；实时采样和等效采样技术；可编程逻辑器件与逻辑控制电路；,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.4 DAQ仪器设计基础 1.多路开关；2.放大电路；3.采样/保持器；4.A/D转换器；以上四个部分构成PC的前向通道。是数据采集卡/板的主要环节。与其它有关电路如：定时计数器，总线接口电路等，构成DAQ卡。,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.5 DAQ卡的基本性能指标 1.模拟输入部分 模拟输入通道数；信号输入方式：单端、差动、单极 性、双极性；信号输入范围；放大器增益；模拟输入阻抗。,ProcessorUnit Under Test,PXI,2.A/D转换部分 采样速率；位数；分辨率；精度；3.D/A转换部分 分辨率；标称满量程；响应时间；,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.2.6 DAQ仪器发展趋势 硬件趋于简单化；数字信号处理功能日益加强；新的测试领域不断出现；新器件增强DAQ仪器的功能与测量范围；虚拟仪器软件框架的发展将促进DQA仪器 向纵深发展；,9.3 GPIB总线及接口设备,ProcessorUnit Under Test,PXI,惠普公司在60年代末和70年代初开发了GPIB 通用仪器控制接口总线标准；IEEE国际组织在1975年对GPIB进行了标准 化，由此GPIB变成了IEEE 488标准；术语GPIB，HP-IB和IEEE 488都是同义词。,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.3.1 GPIB通用接口总线 1.GPIB总线接口系统特点 母线型连接方式；器件容量（15台）；地址容量（31个听地址，31个讲地址）；数传方式（比特并行、字节串行、双向异 步传递）；最大传输速度为1MBit/s；传输距离不超过20m；接口功能共10种；控制方式两种（系统控制、负责控制）；消息逻辑（TTL电平，负逻辑）。,ProcessorUnit Under Test,PXI,2.GPIB总线结构 GPIB是一个数字化的24线并行总线。包括：8条数据线。既用来传送设备命令（7 位），又用于传送地址和数据（8位）；5条控制线（ATN、EOI、IFC、REN 和 SRQ）。管理系统工作；3条握手线（DAV、NRFD和NDAC）。实现设 备输入输出时的信息交换；8条地线。,ProcessorUnit Under Test,PXI,表9-2 IEEE-488总线定义,ProcessorUnit Under Test,PXI,信号交换线及控制线功能：DAV：数据线上有数据时有效；NRFD：1，表示接收器件准备好；NDAC：系统组件均接收到数据时为1；ATN：0，为数据；1，为地址；EOI：数据传输结束标志；IFC：系统清0（复位）；REN：1，为启动远程控制条件；SRQ：1，服务请求。,ProcessorUnit Under Test,PXI,3.GPIB接口功能 听功能：接收信号、数据；讲功能：发送信号、数据；控功能：通过微处理器发布各种指令；源握手功能：为讲功能和控功能服务；受握手功能：为听功能服务；服务请求功能：系统故障时运行相应处理；并行点名功能：控功能同时查询8个仪器；远程控制功能：选择远程或本地控制方式；触发功能：产生一个内部信号，启动有关仪 器工作；清除功能：使仪器回到初始状态。,9.4 VXI总线及接口设备,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.4.1 VXI标准的发展 VXIbus是VMEbus（VMEbus eXtensions for Instrumentation）在仪器领域的扩展。1987年7月，VXIbus规范的第一个版本发布。1992年9月IEEE标准局批准为IEEE-1155-1992标准 1993年2月经美国国家标准研究院批准，并于1993年9月出版发行。,表9-3 VXIbus标准发展史,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.4.2 VXI总线目标 使设备之间以明确的方式通信；使VXI系统比标准的机架堆叠式系统具有更小 的物理尺寸；使用专门的通信协议和更宽的数据通道为测试 系统提供更高的系统吞吐率；提供可用于军事模块化仪器（Instrument on a Card）系统的测试设备；通过使用虚拟仪器原理方便地扩展测试系统的 功能；通过使用统一的公共接口降低系统集成时的软 件开发成本；在该规范内定义实现多模块仪器系统的方法。,9.4.3 VXI标准体系 国际上现有两个VXIbus组织VXIbus联合体和VPP系统联盟。VXIbus联合体主要负责VXIbus硬件（即仪器级）标准规范的制订；VPP系统联盟的宗旨是通过制订一系列的VXIbus软件（即系统级）标准来提供一个开放的系统结构，使其更容易集成和使用。VXIbus仪器级和系统级规范文件分别由10个标准组成，参见表2-4和表2-5。,表9-4 VXIbus仪器级标准规范文件,表9-5 VXIbus系统级标准规范文件,9.4.4 VXI总线的系统结构 1.结构配置,图2-10 VXI模块尺寸与总线分布,图9-11 典型D尺寸主机箱,未屏蔽D尺寸模块,2.电气结构,图9-12 VXI总线电气结构,3.系统控制方案,图9-13 GPIB控制,图9-14 嵌入式控制,图9-15 MXI控制,9.5 PXI总线及接口设备,ProcessorUnit Under Test,PXI,9.5.1 PXI规范体系结构 1997年9月1日，NI发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范PXI。PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation),它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。,PXI,软件,机械,电气,图9-16 PXI规范体系结构,1.PXI机械规范及其特点,图9-17 PXI机械规范体系结构,机械特性,环境测试主动冷却,Eurocard坚固封装,CompactPCI互操作性,图9-18 PXI模块机构与连接器,图9-19 一个完整的PXI系统,2.PXI规范的电气性能,表9-6 PXI与VXI总线面向仪器领域的扩性能比较,图9-21 PXI总线电气性能,3.PXI软件规范,要求包括支持Microsoft Windows NT 和95(WIN32)这样的标准操作系统框架；要求所有仪器模块带有配置信息和支持标准 的工业开发环境（如NI的LabVIEW、Lab Windows/CVI和Microsoft的VC/C+、VB 和Borland的C+等）；符合VISA规范的设备驱动程序（WIN32 device drivers）。,
