机械工程测试技术基础第三版段富海第十一章

DATE: 16.10.2021 PAGE: 1 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第十一章第十一章 计算机测试系统与虚拟仪器计算机测试系统与虚拟仪器 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 插卡式测试系统插卡式测试系统 第三节第三节 仪器前端仪器前端 第四节第四节 仪器控制仪器控制 第五节第五节 智能仪器简介智能仪器简介 第六节第六节 虚拟仪器虚拟仪器 膏佣徊诬裤奔协翘瞩裹损纯高果鸦昆壹驾盛猫惭达矛簿弄采叮誓普佰朱汐机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 2 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节第一节 概述概述 一、计算机测试系统组成一、计算机测试系统组成 计算机为现代测试和测量系计算机为现代测试和测量系统的基础。统的基础。 程控仪器程控仪器：能接受程序控制：能接受程序控制并据之改变内部电路工作状态，并据之改变内部电路工作状态，以及完成特定任务的测量仪器。以及完成特定任务的测量仪器。 接口任务接口任务：提供机械兼容、：提供机械兼容、逻辑电平方面的匹配，并能通逻辑电平方面的匹配，并能通过数据线交换电信号信息。过数据线交换电信号信息。 积姥样轩喇辕图血洒伶更语渗畅榜倒妄叛嗽觅滑啊聪晒王埃骏岳池吁忆照机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 3 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节第一节 概述概述 一、计算机测试系统组成一、计算机测试系统组成 数据显示数据显示 数据分析数据分析 数据采集数据采集 和存储和存储 计算机计算机 测试系测试系 统功能统功能 智能仪器：智能仪器：以单片机为主体，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结将计算机技术与测量控制技术结合在一起组成的智能化测量控制合在一起组成的智能化测量控制系统。系统。 虚拟仪器：虚拟仪器：基于微机的测量基于微机的测量仪器。数据存储、数据分析、仪器。数据存储、数据分析、数据显示用软件来完成，只额数据显示用软件来完成，只额外提供一定的数据采集硬件。外提供一定的数据采集硬件。 见蛆堕彩趴屋汲汐盂咋屁硫竖潦媒滚焊刷诬塔慰秋睹搜钢洼关痉配坏节址机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 4 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节第一节 概述概述 二、数据采集系统的组成二、数据采集系统的组成 传感器2 多 路 开 关 放 大 器 采 样 保 持 A/D 转 换 计 算 机 传感器n 传感器1 采样保持（S/H）电路目的：保持A/D转换器转换期间输入信号不变，对A/D转换精度至关重要。 拜羚尉困令俩蒸坍活精血俞炒阔首妥诽姿掺娜鸣窃穷砍益趣卷眺捂收咏莉机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 8 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节第一节 概述概述 三、总线三、总线 接口总线的分类：接口总线的分类： 芯片总线、内总线、外总线。芯片总线、内总线、外总线。 接口总线的标准化：接口总线的标准化： 对接口的输入、输出信号建立统一规范，对接口的输入、输出信号建立统一规范，包括命令规范、数据的定义和编码格式。包括命令规范、数据的定义和编码格式。 昧诬咽模推颓缔意谭撑厚亿干镰书隘备竹胯绑罕霓叔赁梁播忻管庐榔茁钧机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 13 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节第一节 概述概述 四、计算机测试系统分类四、计算机测试系统分类 插卡式测试系统插卡式测试系统：在计算机的扩展槽（如：在计算机的扩展槽（如PCIPCI、ISAISA等通用总线槽，等通用总线槽，或或PCMCIAPCMCIA等专用卡）中插入信号调理、信号采集、数字输入输出、等专用卡）中插入信号调理、信号采集、数字输入输出、DSPDSP等测试与分析板卡，构成通用或专用的测试系统。等测试与分析板卡，构成通用或专用的测试系统。 仪器前端与计算机组合仪器前端与计算机组合：仪器前端由信号调理、模拟信号采集、：仪器前端由信号调理、模拟信号采集、数字输入输出、数字信号处理、测试控制等模块组成。由数字输入输出、数字信号处理、测试控制等模块组成。由VXIVXI、PXIPXI等专用仪器总线连接在一起构成独立机箱，并通过以太网接口、等专用仪器总线连接在一起构成独立机箱，并通过以太网接口、13941394、并行接口等通信接口与计算机相连，构成通用或专用计算机、并行接口等通信接口与计算机相连，构成通用或专用计算机测试系统。测试系统。 仪器控制系统仪器控制系统：由各种独立的可编程仪器（具有参数设置和控制：由各种独立的可编程仪器（具有参数设置和控制功能的计算机接口）与计算机连接所组成的测试系统。功能的计算机接口）与计算机连接所组成的测试系统。 桓劣兽咙谜状厚峪肢惭妥禾庄悼闽她喝郸袁么吨狠曙贸镇奎肿恒坐葡奴秘机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 14 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第二节第二节 插卡式测试系统插卡式测试系统 插卡式仪器自身不带仪器面板，必须借助计算机强大的图形环境，插卡式仪器自身不带仪器面板，必须借助计算机强大的图形环境，建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。 数据采集卡数据采集卡：具有：具有A/DA/D转换、转换、 D/AD/A转换、数字转换、数字I/OI/O和记数器和记数器/ /定时器定时器等功能，有些具有数字滤波和数字信号处理的功能。等功能，有些具有数字滤波和数字信号处理的功能。 插卡类型：插卡类型：PCIPCI通用卡、通用卡、ISAISA通用卡或通用卡或PCMCIAPCMCIA专用卡，专用卡， PCIPCI广泛应用。广泛应用。插卡是插卡是“即插即用即插即用”（Plug & play)Plug & play)。 多功能数据采集卡多功能数据采集卡采用采用“虚拟硬件虚拟硬件”技术，使用户通过程序能方技术，使用户通过程序能方便地改变硬件的功能或性能参数。便地改变硬件的功能或性能参数。 采用的总线：采用的总线：传统的传统的RS232RS232串行总线、串行总线、USBUSB通用串行总线、通用串行总线、IEEE1392IEEE1392总总线（线（Fire Wire,Fire Wire,火线）。火线）。 可与台式微机、工控机或笔记本电脑相连，实现台式和便携两用。可与台式微机、工控机或笔记本电脑相连，实现台式和便携两用。 绸卡瞄痉怔级觅嘶忽棍秦蔬犹陇教僧柯途鬃吧肝袒画矽啊帐兢氏峰筏伎犹机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 15 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三节第三节 仪器前端仪器前端 高精度集成仪器系统：高精度集成仪器系统：采用专用的仪器总线采用专用的仪器总线( (经历了经历了GPIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI的仪器总线发展过程的仪器总线发展过程) )。 GPIBGPIB总线：总线：通用接口总线（通用接口总线（General Purpose Interface Bus)General Purpose Interface Bus)，是计，是计算机和仪器的标准通信协议，国际工业标准算机和仪器的标准通信协议，国际工业标准IEEE488IEEE488硬件规格和软件协硬件规格和软件协议。议。 VXIVXI总线：总线：一种高速计算机总线，国际工业标准一种高速计算机总线，国际工业标准IEEE1155IEEE1155协议。组建协议。组建VXIVXI总线要求由机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价高，国防军工总线要求由机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价高，国防军工领域应用。领域应用。 PXIPXI总线：总线：一种以一种以Compact PCICompact PCI为基础的，具有开放性的总线。成本低、为基础的，具有开放性的总线。成本低、运行速度快、体积紧凑，可构建标准的测试平台。运行速度快、体积紧凑，可构建标准的测试平台。 隐诛填鳖瑞蒋稼席束口匿搬渡缠恰帅策相虞矛颜精公磕菲匈汪伯趾嘶为黑机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 16 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三节第三节 仪器前端仪器前端 逗侈熏海凉晰决沥编捅法匠禽粟值炬肩拯辨痞惦短传夕演龚鲸俩蒸膊肋捕机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 17 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第四节第四节 仪器控制仪器控制 仪器控制：仪器控制：是指这样一个操作，即通过微机上的软件控制仪器控制总是指这样一个操作，即通过微机上的软件控制仪器控制总线上的一台仪器。仪器自身通常支持一种或多种选择。线上的一台仪器。仪器自身通常支持一种或多种选择。 仪器控制总线分为两个大类：仪器控制总线分为两个大类： 独立总线，用于架式和堆式仪器的通信，如独立总线，用于架式和堆式仪器的通信，如GPIBGPIB专用总线和微机的标专用总线和微机的标准总线（准总线（RS232RS232、以太网、以太网、USBUSB、无线和、无线和IEEE1394IEEE1394等）。等）。 模块化总线，将接口总线合并到仪器中，如模块化总线，将接口总线合并到仪器中，如PCIPCI、VXIVXI、PXIPXI等。等。 仪器控制软件：仪器控制软件： 通用软件，如通用软件，如MATLABMATLAB自带的自带的Instruments ControlInstruments Control工具箱、工具箱、LabVIEWLabVIEW自带的仪器控制工具等。自带的仪器控制工具等。 专用软件，大多数仪器生产商都会为其可编程仪器提供专用的仪器控专用软件，大多数仪器生产商都会为其可编程仪器提供专用的仪器控制软件。制软件。 预哨滞敖掂迸泽澄臆暇坠慷捡碑寺商网屁掳陈渗轴堡顶兄疥隅管嗜猾馏砷机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 18 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第五节第五节 智能仪器简介智能仪器简介 智能仪器：智能仪器：新一代的测量仪器，内含微处理器的仪器或基于微型机的新一代的测量仪器，内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。仪器的整个测量过程，都用单片机或微控制器来控制操作，实仪器。仪器的整个测量过程，都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。现测量过程的全部自动化。 智能仪器功能特点：智能仪器功能特点： 具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等；诊断及量程自动转换等； 具有数据处理功能；具有数据处理功能； 具有良好的人机对话能力；具有良好的人机对话能力； 具有可程控操作能力。具有可程控操作能力。 智能仪器与虚拟仪器的区别：智能仪器与虚拟仪器的区别：在于它们所用的微机是否与仪器测量部分在于它们所用的微机是否与仪器测量部分融合在一起，也即采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的融合在一起，也即采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的系统，还是用现成的微机配以一定的硬件及仪器测量部分而成的系统。系统，还是用现成的微机配以一定的硬件及仪器测量部分而成的系统。 弊漱肌扳湃衰尖坊塔姜瘪驱锁昆狱砧徊商勘挽栖顾渤见埂郎乓筒纵寂屈兄机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 19 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第六节第六节 虚拟仪器虚拟仪器 虚拟仪器：虚拟仪器：基于微机的测量仪器，即数据分析和显示完全用微机的软基于微机的测量仪器，即数据分析和显示完全用微机的软件来完成，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成测件来完成，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成测量仪器。量仪器。 “软件就是仪器软件就是仪器”：软件系统是虚拟仪器的核心。在虚拟仪器中，使软件系统是虚拟仪器的核心。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。同的测量仪器。 虚拟仪器概念由国家仪器公司（虚拟仪器概念由国家仪器公司（Natioal Instruments CorporationNatioal Instruments Corporation，NINI）于）于19861986年首先提出，定义为由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和年首先提出，定义为由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的软件组成的测控系统，是用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。一种由计算机操纵的模块化仪器系统。 虚拟仪器技术引入到当今计算机辅助测试领域，使数据采集和工业控虚拟仪器技术引入到当今计算机辅助测试领域，使数据采集和工业控制自动化技术起了制自动化技术起了重大变革重大变革。 及噎遗贿禹泰幽跨桃袄拇卫朔垂傈呆欠脂痕耻毯普秸软臼疥荚斋垦邻氦忽机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 20 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第六节第六节 虚拟仪器虚拟仪器 虚拟仪器的特点：虚拟仪器的特点： 硬件接口标准化；硬件接口标准化； 硬件软件化；硬件软件化； 软件模块化；软件模块化； 模块程控化；模块程控化； 系统集成化；系统集成化； 程序设计图形化；程序设计图形化； 计算可视化；计算可视化； 硬件接口软件驱动化。硬件接口软件驱动化。 虚拟仪器最大优点虚拟仪器最大优点：具有开放式的构成方式，即具有灵活性和功能的：具有开放式的构成方式，即具有灵活性和功能的可重构性。可重构性。虚拟仪器是用户根据需要自己定义、自行组合的。虚拟仪器是用户根据需要自己定义、自行组合的。 虚拟仪器的发展呈现两条主线：虚拟仪器的发展呈现两条主线：一是一是GPIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI总线方式（适合总线方式（适合大型高精度集成测试系统），二是微机插卡式、大型高精度集成测试系统），二是微机插卡式、LPTLPT并行口式、串口并行口式、串口USBUSB方式、方式、IEEEIEEE标准的标准的13941394口方式（适合普及型的廉价系统，前景好）。口方式（适合普及型的廉价系统，前景好）。 遂妮栏茅聊筛蚀碍山喳闪扦或嚏吠具拜乙阐扩址进遭鲁慕做导毫柑接配喳机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 21 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第六节第六节 虚拟仪器虚拟仪器 虚拟仪器的软件框架：虚拟仪器的软件框架： 从低层到顶层：从低层到顶层：VISAVISA库、仪器驱动程序、应用软件库、仪器驱动程序、应用软件三部分。三部分。 VISAVISA库库：虚拟仪器软件体系结构（：虚拟仪器软件体系结构（VISA, Virtual Instrumentation VISA, Virtual Instrumentation Software Architecture),Software Architecture),标准的标准的I/OI/O函数库及其相关规范的总称。函数库及其相关规范的总称。 仪器驱动程序仪器驱动程序：完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。：完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。 应用软件应用软件：建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供：建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。测试任务。 虚拟仪器构成方法：虚拟仪器构成方法： 通常由通常由硬件设备与接口硬件设备与接口、设备驱动软件设备驱动软件和和虚拟仪器面板虚拟仪器面板组成。组成。 胞耿酵尺皂着综促酪刽们沛恳假闰聘脚喳率谣妇部获局界础茫沦料身段堡机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章 DATE: 16.10.2021 PAGE: 22 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 圭弛桶谍什时酱烈舵后驼谓跃凝悉渔海秤湘巡犬浇净憾鲍缮贡会族巳莎奋机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第十一章