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基于VXI總線的虛擬儀器在裝備檢測中的應(yīng)用
1 引言
虛擬儀器將計(jì)算機(jī)資源和儀器硬件——插件卡以及用于數(shù)據(jù)采集、過程控制、數(shù)據(jù)分析及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件有效地結(jié)合起來，在插件卡硬件支持的基礎(chǔ)上，虛擬儀器應(yīng)用軟件集合了數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示的全部功能，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立中英文界面的虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方法，提高儀器的功能和使用效率。
VXI總線是一種在世界范圍內(nèi)完全開放的、適用于多供貨廠商的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它集中了智能儀器、個(gè)人儀器和自動(dòng)測試系統(tǒng)的很多特長，具有小型便攜、高速數(shù)據(jù)傳輸、模塊式結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組建靈活方便、易于充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)效能和標(biāo)準(zhǔn)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。
虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，是儀器領(lǐng)域的一個(gè)突破，而VXI總線系統(tǒng)的出現(xiàn)則為虛擬儀器的發(fā)展提供了新的動(dòng)力，進(jìn)一步增強(qiáng)了虛擬儀器的功能。VXI 儀器模塊作為虛擬儀器的代表，在測試速度上有了極大的提高，從而更好地滿足了測試實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)VXI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為虛擬儀器的開發(fā)提供了更為理想的平臺(tái)。
基于VXI總線的虛擬儀器正是計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、VXI總線技術(shù)的完美結(jié)合，代表了當(dāng)前和今后儀器測試領(lǐng)域的發(fā)展方向。 來源:輸配電設(shè)備網(wǎng)
2 基于VXI的虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
虛擬儀器主要完成以下三個(gè)基本功能：①數(shù)據(jù)輸入。進(jìn)行信號(hào)調(diào)理并將被測模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以便于處理。②數(shù)據(jù)輸出。將量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并進(jìn)行必要的信號(hào)調(diào)理。③數(shù)據(jù)處理。按測試要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種分析和處理。
VXI儀器系統(tǒng)是將若干儀器模塊插入具有VXI總線的機(jī)箱中，VXIbus儀器模塊本身沒有操作和顯示面板，系統(tǒng)和儀器的工作主要依靠程序控制。目前儀器控制領(lǐng)域的兩個(gè)軟件標(biāo)準(zhǔn)是IEEE488.2和程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令（SCPI），已普遍用于VXIbus系統(tǒng)中。
近幾年，微處理器的發(fā)展非常迅速，它使虛擬儀器的能力極大地提高。由于計(jì)算機(jī)總線速度的大大提高，現(xiàn)在可以同時(shí)使用幾塊數(shù)據(jù)采集板，甚至圖象數(shù)據(jù)采集也可以和數(shù)據(jù)采集結(jié)合在一起，從而大大提高了虛擬儀器的功能和范圍。
我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是通過VXI總線技術(shù)，將微計(jì)算機(jī)與儀器硬件插卡、被測對(duì)象（UUT）連接起來，利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)各種各樣的信號(hào)分析與處理，完成多種測試功能。組成框圖如圖1所示。
�、庞�(jì)算機(jī)：為586微機(jī)。通過內(nèi)部接口卡82335，完成對(duì)VXI主機(jī)箱中各儀器的自動(dòng)控制。它為自動(dòng)檢測系統(tǒng)的核心部件，通過運(yùn)行電路測試軟件和診斷軟件控制系統(tǒng)測試過程（如施加激勵(lì)、數(shù)據(jù)采集、故障分析等），進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和記錄，并提供人機(jī)對(duì)話接口。 ⑵VXI卡式儀器：采用HPE1401A C尺寸13槽主機(jī)箱。機(jī)箱內(nèi)有HPE1406A命令模塊、HPE1411B數(shù)字萬用表、HPE1420B通用計(jì)數(shù)器、HPE1426A數(shù)字示波器、HPE1416A功率計(jì)、HPE1460A繼電器多路開關(guān)等，是用來完成對(duì)被測電子裝備的測試所必須的儀器儀表模塊。（3）UUT為被測電子裝備的組合或電路板。
3 基于VXI總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，這與當(dāng)今國際發(fā)展的潮流“硬件軟件化”的趨勢十分符合，“軟件就是儀器”的概念已經(jīng)被絕大多數(shù)人所認(rèn)可。以VXI總線系統(tǒng)為代表的開放式、模塊化系統(tǒng)在硬件方面為虛擬儀器系統(tǒng)的組成提供了極大的方便。但是，任何虛擬儀器的實(shí)現(xiàn)都必須在軟件的支持下才能工作。用戶根據(jù)自己的需要編制不同的測試軟件，通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)各種功能的測試。
我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)它的軟件結(jié)構(gòu)包含以下三個(gè)部分：
�。�1）VXI總線接口軟件（資源編輯器、管理器及功能庫）
VXI總線接口軟件是實(shí)現(xiàn)VXI總線虛擬儀器最基礎(chǔ)的軟件，它存在于儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序之間，完成對(duì)儀器內(nèi)部寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作、對(duì)VXI總線背板與器件作測試與控制、并為儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序提供信息傳遞的底層軟件層。它駐留在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中執(zhí)行VXI總線的特殊功能。其中，資源管理軟件執(zhí)行VXI總線特性、系統(tǒng)的初始化與組態(tài)；在建立VXI總線虛擬儀器過程中，通過資源編輯器使資源管理器在開發(fā)過程中利用它調(diào)試該系統(tǒng)；VXI總線功能庫涉及到VXI總線的低層通訊協(xié)議，為控制VXI總線系統(tǒng)提供多種功能調(diào)用，如消息基儀器的字串通訊，寄存器基器件的控制，中斷與觸發(fā)控制以及高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?nbsp;
（2）VXI模塊儀器驅(qū)動(dòng)軟件（儀器驅(qū)動(dòng)程序）
VXI模塊儀器驅(qū)動(dòng)軟件是完成對(duì)某一種特定模塊儀器的控制與通信的軟件程序，它作為用戶應(yīng)用程序的一部分在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。每個(gè)儀器模塊均有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)器是VXI總線虛擬儀器的核心，是完成對(duì)儀器硬件控制的紐帶和橋梁。儀器驅(qū)動(dòng)器包括：①操作接口提供了一個(gè)虛擬儀器面板，通過對(duì)該面板的控制完成對(duì)儀器的操作。②編程接口能將儀器虛擬面板的相應(yīng)操作轉(zhuǎn)換成儀器的代碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)器的功能調(diào)用。③I/O接口提供了儀器驅(qū)動(dòng)器理與儀器的通訊能力。④功能庫描述了儀器驅(qū)動(dòng)器所能完成的測試功能。⑤子程序接口使得驅(qū)動(dòng)儀器在運(yùn)行時(shí)能調(diào)用它所需要的軟件模塊。
（3）應(yīng)用軟件包
應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析和顯示能力與儀器驅(qū)動(dòng)器融合在一起，為開發(fā)虛擬儀器提供了必須的軟件工具與環(huán)境。
目前，有兩類較流行的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境：其一是用文本式的編程語言設(shè)計(jì)虛擬儀器，如LabWindows等；其二是用圖形編程語言設(shè)計(jì)虛擬儀器，如HP VEE，Lab VIEW等。兩者在虛擬儀器開發(fā)中都有應(yīng)用。由于HP VEE和Lab VIEW均采用全圖形化編程，使得每個(gè)對(duì)語句編程不熟的工程人員都可以快速“畫”出儀器的面板，“畫”出自己的程序。因此它提供給我們一個(gè)理想的程序設(shè)計(jì)環(huán)境。
我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)其診斷測試軟件的基本環(huán)境是Windows98和HPVEE，編程語言為HP VEE和C++，漢化平臺(tái)為中文之星。HP VEE提供了豐富的圖形界面組件，為我們的測試軟件設(shè)計(jì)提供了極大的方便。測試軟件有性能測試、故障診斷、通用測量、信息顯示等主要功能。測試軟件組成如圖2所示。
4、基本評(píng)價(jià)
基于VXI總線的虛擬儀器測試系統(tǒng)在裝備檢測的過程中，由于手段先進(jìn)，使用方便快捷，受到了部隊(duì)的好評(píng)，反映良好，并給予了較高的評(píng)價(jià)。
�。�1）測量精度高、速度快，具備測試數(shù)據(jù)編輯、存貯能力。在傳統(tǒng)的機(jī)架層迭式系統(tǒng)中，必須把信號(hào)連接到每一臺(tái)儀器上以便測量各個(gè)參數(shù)。測量值受電纜長度、阻抗因素、儀器校準(zhǔn)和修正因子差異的影響。而虛擬儀器則不受這些因素的影響，因此提高了測量精度和可重復(fù)性。測量輸入信號(hào)的幾個(gè)特性（如電壓、頻率）只需要一個(gè)量化的數(shù)據(jù)模塊，就能計(jì)算出處理數(shù)，縮短了測試時(shí)間，從而提高了測試速度。
�。�2）軟件標(biāo)準(zhǔn)化程度高、兼容性好。采用了虛擬儀器面板，使得儀器面板軟件化，可使用IEEE488程控軟件和可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)軟件（SCPI），也可使用微機(jī)的通用軟件如C語言、BASIC語言等，以及便于系統(tǒng)開發(fā)的軟件工具，如：編程軟件HP VEE、Labview等。
�。�3）用戶可以自定義測試功能。儀器制造廠家僅需提供基本的軟件和硬件，如信號(hào)調(diào)節(jié)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等硬件和儀器應(yīng)用軟件生成環(huán)境軟件，真正要實(shí)現(xiàn)什么儀器功能則是用戶自己的事情。由于儀器的功能可在用戶級(jí)上產(chǎn)生，故它不再是完全由硬件來確定的，當(dāng)需要時(shí)可加入新的測試功能而不用購買一臺(tái)新的儀器。
�。�4）擴(kuò)展性強(qiáng)，縮短了系統(tǒng)組建時(shí)間。虛擬儀器能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“實(shí)時(shí)”的處理與顯示。虛擬儀器系統(tǒng)的軟件層具有鮮明的“即調(diào)即用”特征，并且確保用戶能用以完成整個(gè)系統(tǒng)中所有軟件部分的開發(fā)工作。當(dāng)測試系統(tǒng)要增加一個(gè)新的測量功能時(shí)，只需增加軟件來執(zhí)行新的功能或增加一個(gè)通用模塊來擴(kuò)展系統(tǒng)的測量范圍。因此，縮短了系統(tǒng)的組建時(shí)間。
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