【正文】 和判斷。 基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究 22 A D 9 8 3 4A D 8 0 3 3A D 5 5 8 2A D 8 0 3 3R 2R 1+S I N E _ O BS I N E _ OQ _ O U T V O DV O U T 3V R E F H DV R E F L DD A D [ 0 . . 1 1 ]+ 圖 34 信號(hào)發(fā)生電路 示意 圖 在本系 統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)輸出的正弦信號(hào)無(wú)幅度調(diào)節(jié)要求，圖 34所示的電路示意圖 完成對(duì)方波實(shí)現(xiàn) ~12V的幅度調(diào)節(jié)。在模塊工作過(guò)程中，如果用戶(hù)需要改變工作方式，可以重新設(shè)置工作方式，模塊即按新的工作方式進(jìn)行工作。 clr 為計(jì)數(shù)器清零命令。 292H為鎖存命令選通地址。如果控制字設(shè)定為測(cè)量周期，那么取回的數(shù)據(jù)按照計(jì)算周期的方法去處理，相應(yīng)的讀回的狀態(tài)字就是正在測(cè)量 的 周期；如果控制字設(shè)定為測(cè)量頻率，那么取回的數(shù)據(jù)按照計(jì)算頻率的方法去處理，相應(yīng)的讀回的狀態(tài)字就是正在測(cè)量 的 頻率。 其中，同步觸發(fā)、采集控制和接口控制器等電路通過(guò) FPGA芯片編程實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)1/2/5衰減，選擇 R1， R2， R3， R4的阻值分別為： 300Ω， 500Ω， 300Ω， 200Ω。其主要特性如下 : 流水線(xiàn)式 ADC 單通道 8位，低功耗 36mW(+3V 供電 ) 單電源供電 ： 3V 或 5V177。 采樣電路 采樣電路把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號(hào)，以便于數(shù)字系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的存儲(chǔ) 、 處理和顯示。 R1+R2=1MΩ ,故通道的 高阻 輸入阻抗為 1MΩ。 模擬信號(hào)采集模塊 模擬信號(hào)采集模塊用于采集來(lái)自數(shù)據(jù)融合器的車(chē)輛工況模擬量（油溫、油壓等），采用 2MHz 采樣率，由接口適配器將 16 路工況模擬量分時(shí)切換至四路采集通道，完成對(duì)模擬信號(hào)的采集，并采用該通道測(cè)試 GPS、電子羅盤(pán)、激光告警以及加固計(jì)算機(jī)等設(shè)備的數(shù)字信號(hào)的物理狀態(tài)。 頻率 /周期測(cè)量 圖 37 頻率 /周期測(cè)量工作 時(shí)序 圖 信號(hào)脈沖的頻率 測(cè)量 和周期 測(cè)量 理論上一致，信號(hào)的頻率為周期的倒數(shù)，即： F=1/T。 sa[9..0] 地址信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)計(jì)數(shù)后， gate 為‘ 1’，一直維持到用戶(hù)發(fā)出暫停計(jì)數(shù)命令， gate 變?yōu)椤?0’電平。主機(jī)對(duì)模塊進(jìn)行初始化，設(shè)置不同通道的工作方式，此后，模塊即按照用戶(hù)的設(shè)置獨(dú)立的進(jìn)行預(yù)定的工作。波形發(fā)生器采用直接數(shù)字頻率合成（ DDS） 技術(shù)， 它具有頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短等特點(diǎn) 。 圖 31 裝甲車(chē)電子裝備 ATS系統(tǒng) 組成圖 車(chē)長(zhǎng)計(jì)算機(jī) 駕駛員計(jì)算機(jī) 數(shù) 據(jù) 融 合 器 接口適配器 測(cè)試儀 GPS 電子羅盤(pán) 激光告警 車(chē)輛工 況 基于虛擬儀器的 ATS 實(shí)現(xiàn) 19 裝甲車(chē)電子裝備 ATS系統(tǒng) 通過(guò)向步兵戰(zhàn)車(chē)的各種數(shù)字化設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的輸入激勵(lì)信號(hào)，再用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集設(shè)備對(duì)輸入 的響應(yīng)信號(hào)，分析判斷響應(yīng)信號(hào)的邏輯狀態(tài)和物理狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備的故障性能檢測(cè)，確定故障裝備的損壞程度。 裝甲車(chē)電子裝備 ATS 系統(tǒng) 簡(jiǎn)介 現(xiàn)代化步兵戰(zhàn)車(chē)的電子裝備主要包括了各種常規(guī)儀表、車(chē)輛工況，導(dǎo)航，激光告警和車(chē)載通信設(shè)備，且基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，其戰(zhàn)時(shí)維修診斷與平時(shí)視情保障能力的需求顯得更加迫切。 從上述分析可以得出一個(gè)完整的 I 倍內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)如下圖所示： X ( eiω)XI’ ( eiω)HL P( eiω)IXI( eiω) 圖 25 I 倍內(nèi)插器結(jié)構(gòu)圖 基于虛擬儀器的 ATS 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 虛擬儀器 ATS 軟件組成 (1)驅(qū)動(dòng)軟件 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個(gè)主要方面是驅(qū)動(dòng)軟件的使用。 2?????????? l lD nieDnxndnxnx ? 所以 xD(m)的離散傅立葉變換 XD(eiω)為 ??? ????? ??? ??? ??? ??? ? ??? l Dlim Dmim miDiD eXDemxemxex ][1)(39。等效采樣的優(yōu)點(diǎn)在于能獲得很高的時(shí)間分辨率，能觀(guān)測(cè)的信號(hào)帶寬很大。采樣定理的意義在于，時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)可以用時(shí)間上離散的采樣值來(lái)取代，這樣就為模擬信號(hào)的數(shù)字化處理奠定了理論基礎(chǔ)。 數(shù)據(jù)采集的基本理論 1． Nyquist 采樣定理 Nyquist 采樣定理：設(shè)有一個(gè)頻率帶限信號(hào) x(t)，其頻帶限制在（ 0， fH）內(nèi)，如果以不小于 fs=2fH的采樣速率對(duì) x(t)進(jìn)行等間隔采樣，得到時(shí)間離散的采樣信號(hào) x(n)=x(nTs)（其中 Ts=1/fs 稱(chēng)為采樣間隔），則原信號(hào) x(t)將被所得到的采樣值 x(n)完全地確定。當(dāng)輸入信號(hào)被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸給插入式數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行數(shù)字化 (ADC)，同時(shí)它也能產(chǎn)生控制信號(hào)。VXI、 PXI 儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專(zhuān)用的 VXI 機(jī)箱、 VXI基于虛擬儀器的 ATS 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 控制卡和 PXI 機(jī)箱、 PXI 控制卡等價(jià)格昂貴的設(shè)備，研制開(kāi)發(fā)比較困難；由數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成的虛擬儀器性能價(jià)格比較高，設(shè)計(jì)手段靈活，通用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。插卡式儀器價(jià)格最便宜，性?xún)r(jià)比較高，靈活性較好，個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)量非常龐大，因此其用途廣泛，在國(guó)內(nèi)勢(shì)必迅速發(fā)展，特別適合于教學(xué)部門(mén)和各種實(shí)驗(yàn)室使用。 GPIB 測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要市場(chǎng)在臺(tái)式儀器市場(chǎng)?；A(chǔ)硬件平臺(tái)目前可以選擇各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī) 。虛擬儀器將儀器的三大功能全部放在計(jì)算機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，即可在計(jì)算機(jī)內(nèi)插入數(shù)據(jù)采集卡或外置數(shù)據(jù)采集盒，經(jīng) A/D 或 D/A 變換器，用軟件對(duì)其信號(hào)進(jìn)行分析與處理，并在計(jì)算機(jī)屏幕上生成儀器面板，完成儀器的控制和顯示，最終實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)試儀器的所有 功能。第二章，介紹基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。這需要國(guó)際上 行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立和采用。 (3)對(duì)于傳統(tǒng)儀器來(lái)說(shuō)硬件是關(guān)鍵部分，因?yàn)橛布木苄院筒?可 重復(fù)性，因而價(jià)格昂貴，開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高，且技術(shù)更新慢，周期一般為 510 年。 在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件 才 是整個(gè)儀器的關(guān)鍵。 由 于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、新的測(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用己發(fā)生質(zhì)的變化，其中計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，導(dǎo)致儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀(guān)點(diǎn)等也發(fā)生突破性的變化。大多數(shù)的 ATS 操作復(fù)雜，涉及的技術(shù)人員多，尤其是缺少人機(jī)操作引言 9 界面，交互性技術(shù)比較低。 （ 3）采用 IVI 儀器驅(qū)動(dòng)器規(guī)范和 資源管理標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)儀器的可互換性和 TPSs 的可移植性。第三代 ATS 目前盡管還處于發(fā)展階段，但它的出現(xiàn)給測(cè)試技術(shù)帶來(lái)了革命性的沖擊，在測(cè)量原理、儀器設(shè)計(jì)等多方面都產(chǎn)生了重大影響。我國(guó)制造的一些微型計(jì)算機(jī)和電子儀器也配備了 GPIB總線(xiàn)接口。 第一代 ATS 多為專(zhuān)用系統(tǒng)，通常是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)而設(shè)計(jì) 的。以美國(guó)為首的軍用 ATS已經(jīng)發(fā)展到第 3代，目前正在開(kāi)發(fā)研制下一代 (NxTest)ATS， NxTest ATS目標(biāo)是解決目前 ATS存在的維護(hù)、開(kāi)發(fā)費(fèi)用高， TPSs（ Test Program Sets）可移植性差等問(wèn)題，統(tǒng)一各軍種的 ATS。 關(guān)鍵字 ： 虛擬儀器 自動(dòng) 測(cè)試系統(tǒng) 數(shù)字采集 軟件結(jié)構(gòu) II ABSTRACT Following the development of the test instrument technology and puter technology,puter software technology and test instrument are tightly integrated into anic unit,which results in the appearance of a new test instrument,virtual the greate data and image proceccing of puter,we can easily implement signal analysis,data processing,store and graphicalized strategy that bined with VI(Vitual Instrument) is the developing direction of the generation of ATS (Automatic Test System). In the thesis,we study and analyze the system structure of VI,and study the ATS based on virtual instrument which has PCDAQ in its system meet the request of system,we design and implement the analog data acquisition board the digital data acquisition on that we write respective driver program and application great extend we make the software and hardware transplantable and enhance the expandability of the system. The thesis describles the ATS based on VI in detail and verifies its function by its application in armored car ATS system. Keywords: virtual instrument automatic test system data acquisition software structure III 目錄 摘要 .................................................................................................................................. I ABSTRACT.....................................................................................................................II 目錄 ............................................................................................................................... III 第一章 引言 .................................................................................................................... 5 課題背景及意義 ................................................................................................. 5 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ ATS）介紹 ................................................................................. 5 ATS的新發(fā)展 ............................................................................. 7 ATS的現(xiàn)狀和面臨的問(wèn)題 .................................................................. 8 虛擬儀器介紹 ..................................................................................................... 9 本文的主要內(nèi) 容 ................................................................................................11 第二章 基于虛擬儀器的 ATS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................