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,Process or Unit Under Test,VXI,Image Acquisition,Motion Control,PXI,Application Software,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,Process or Unit 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。,Process or Unit 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,Process or Unit 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；,Process or Unit 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；,Process or Unit 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。,Process or Unit 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。,Process or Unit 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；,Process or Unit 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,Process or Unit 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。,Process or Unit 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）。,Process or Unit 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。,Process or Unit Under Test,PXI,表9-2 IEEE-488总线定义,Process or Unit 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。,Process or Unit 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,Process or Unit 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,Process or Unit 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,Process or Unit 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）。,