【正文】 60 互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，使得 VXI總線可以為模塊電子儀器提供一個(gè)開放的結(jié)構(gòu)，所以不同廠家提供的 VXI儀器系統(tǒng)的各種儀器模塊均可以在同一主機(jī)箱內(nèi)運(yùn)行。 VXI儀器系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容不再作詳細(xì)分析。 2. 組成 內(nèi)插件式和模塊式個(gè)人儀器及系統(tǒng)由硬件、軟面板及系統(tǒng)軟件等三部分組成。 （ 1）硬件組成 個(gè)人儀器及系統(tǒng)硬件是由儀器插件通過(guò)總線與微機(jī)融合在一起構(gòu)成的，儀器插件具有接口和測(cè)量?jī)纱蟛糠蛛娐罚鐖D 。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 61 接口部分由接口芯片、地址譯碼電路、控制電路等部分組成，這與 PC機(jī)的一般功能接口卡的接口電路基本一致。測(cè)量部分電路一般包括輸入電路、采樣保持與 A/D變換、數(shù)據(jù)傳送、時(shí)基與時(shí)鐘等部分。 地址譯 碼電路 控制 電路 接口芯片 接口部分 A/D 芯片 S/H A/D 輸入電路 基準(zhǔn) 時(shí)鐘 控制 數(shù)據(jù) 地址 微機(jī)內(nèi)總線 測(cè)量部分 圖 個(gè)人儀器硬件電路結(jié)構(gòu)圖 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 62 （ 2）軟面板 軟面板是顯示在微機(jī)屏幕上由高分辨率作圖生成的儀器面板圖形。用戶通過(guò)操作鍵盤、移動(dòng)鼠標(biāo)器光標(biāo)或觸屏等方式來(lái)選擇軟面板上的按鍵（軟鍵），實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人儀器及系統(tǒng)的操作。 （ 3）系統(tǒng)軟件 個(gè)人儀器系統(tǒng)一 般有人工控制和程序 控制兩種控制方式， 軟件系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 如圖 。 PC操作系統(tǒng) 軟面板控制 用戶程序 狀 態(tài)表 儀器驅(qū)動(dòng)程序 GPIB命令庫(kù) 儀器模塊 1 儀器模塊 2 儀器模塊 n GPIB 儀器 個(gè)人儀器 模塊 圖 個(gè)人儀器控制系統(tǒng)示意圖 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 63 在人工控制方式下，系統(tǒng)軟件在微機(jī)屏幕上產(chǎn)生一個(gè)軟面板，用戶如同操作傳統(tǒng)儀器一樣，通過(guò)軟面板選擇功能、量程以及輸入有關(guān)參數(shù)，建立起相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志提供給儀器驅(qū)動(dòng)程序。軟面板的鍵盤操作一般是以中斷方式實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)用戶按下一個(gè)鍵時(shí)，軟面板就終止當(dāng)前執(zhí)行的功能，判斷所按的鍵。如果按下錯(cuò)誤的鍵就發(fā)出聲響，以提醒用戶；如果按下正確的鍵，或顯示所選參數(shù)，或與儀器驅(qū)動(dòng)程序模塊進(jìn)行通信來(lái)執(zhí)行某項(xiàng)操作并實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。 在程序控制方式下，為了方便用戶編制測(cè)試程序進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，系統(tǒng)軟件提供易記好學(xué)的高級(jí)命令。用戶只需按照語(yǔ)句格式進(jìn)行編程即可。 儀器驅(qū)動(dòng)程序是最底層的軟件，是與 PC儀器硬件直接聯(lián) 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 64 系的軟件模塊，無(wú)論人工操作方式或程序操作方式都要調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序去執(zhí)行輸入 /輸出操作。儀器驅(qū)動(dòng)程序是直接面向硬件的，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，程序執(zhí)行速度要求快，一般采用匯編語(yǔ)言編寫。 虛擬儀器 虛擬儀器又稱為集成儀器，是指在通用計(jì)算機(jī)上添加幾種帶共性的基本儀器硬件模塊，通過(guò)軟件組合成各種功能的儀器或系統(tǒng)儀器。其中激勵(lì)信號(hào)是由微機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)經(jīng) D/A變換器產(chǎn)生的模擬信號(hào)。許多測(cè)試功能可以通過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)的采樣，經(jīng) A/D變換后實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)分析與處理顯示等功能還可以完全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而擺脫由硬件構(gòu)成一件件儀器再連成系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。故從某種意義說(shuō)，計(jì)算機(jī)就是儀器，軟件就是 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 65 儀器。 虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)、 A/D及 D/A等帶共性的硬件資源和應(yīng)用軟件共同組成的。 1. 硬件結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)智能儀器由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理及存儲(chǔ)、顯示或輸出等三部分組成，它們的作用分別是：將輸入的模擬信號(hào)波形進(jìn)行整理，并經(jīng) A/D變換成數(shù)字信號(hào)以待處理；由微處理器按照功能要求，對(duì)采集的數(shù)據(jù)作必要的分析和處理；將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示或經(jīng) D/A變換成模擬信號(hào)輸出。傳統(tǒng)智能儀器一般只有一種功能或數(shù)種功能。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通用模塊組合起來(lái)，通過(guò)編制不同的測(cè)試軟件來(lái)構(gòu)成任何一種儀器而不是某幾種儀器。如一 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 66 塊數(shù)據(jù)采集（ DAQ， Data Acquisition）卡可以完成 A/D、 D/A變換、數(shù)字輸入輸出、計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器等多種功能，再配以相應(yīng)的信號(hào)處理電路組件，即可組成能構(gòu)成各種虛擬儀器的硬件平臺(tái)。 由于受器件和工藝水平等方面的限制，現(xiàn)階段虛擬儀器的硬件系統(tǒng)還使用原有的能與計(jì)算機(jī)通信的各類儀器，例如GPIB儀器以及帶有 RS232接口的儀器或儀器卡等?，F(xiàn)階段虛擬儀器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本框圖如圖 。 圖像采集（ DSP）信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡 GPIB儀器 GPIB接口卡 VXI總線儀器串行口儀器現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備測(cè)試軟件測(cè)控對(duì)象PC機(jī) /工作站圖 虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)框圖 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 67 圖像采集（ DSP） 信號(hào)調(diào)理 數(shù)據(jù)采集卡 GPIB儀器 GPIB接口卡 VXI總線儀器 串行口儀器 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備 測(cè)試軟件 測(cè)控對(duì)象 PC機(jī) /工作站 圖 虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)框圖 2. 軟件體系結(jié)構(gòu) 典型的虛擬儀器軟件產(chǎn)品有 NI公司的 LabVIEW和LabWindows、 HP公司的 HP VEE和 HP TIG、 Tektronix公司的EzTest和 TekTNS等。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 68 LabVIEW（ Laboratory Vitual Instrument Engineering Workbench）是美國(guó) NI公司研制的一個(gè)具有直觀界面，便于開發(fā)，易于學(xué)習(xí)且具有 多種儀器驅(qū)動(dòng)程序和 工具功能強(qiáng)大的大型 儀器系統(tǒng)開發(fā)工具。 其軟件體系結(jié)構(gòu)如圖 。 儀器驅(qū)動(dòng)程序主 要完成儀器硬件接口 功能的控制。有了儀 儀器驅(qū)動(dòng)程序 消息 寄存器 消息 消息 寄存器 NIVXI NIDAQ NIDSP 系列命令 采集 分析 表示 LabWindows LabView 驅(qū)動(dòng) 程序 GPIB VXI 或 MXI 計(jì)算 機(jī)總 線 RS 232 Port 圖 LabVIEW和 LabWindows軟件體系結(jié)構(gòu) 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 69 器驅(qū)動(dòng)程序，用戶就不必精通這些儀器的硬件接口，而只要把儀器的用戶接口代碼及數(shù)據(jù)處理與分析軟件組合在一起，即可迅速而方便地構(gòu)建一臺(tái)新的虛擬儀器。 LabVIEW采用工程人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)等圖形化符號(hào)來(lái)代替常規(guī)的基于文字的程序語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)的圖形編程特點(diǎn)。它的基本程序單元是 VI（ Virtual Instrument）。 LabVIEW可通過(guò)圖形編程的方法建立一系列的VI（虛擬儀器）來(lái)完成用戶指定的測(cè)試任務(wù)。例如，簡(jiǎn)單的測(cè)試任務(wù)可由一個(gè) VI完成。對(duì)于一項(xiàng)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，可以分解為一系列的子任務(wù)或多項(xiàng)小任務(wù)，分解后的任務(wù)則由一個(gè)相當(dāng)于常規(guī)程序中的一個(gè)程序模塊的 VI完成。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 70 每個(gè) VI有兩個(gè)工作界面，即前面板（ Front Panel）和框圖程序（ Block Diagram）。前面板是用戶進(jìn)行測(cè)試工作時(shí)的輸入輸出界面，如儀器面板等。用戶可以通過(guò)控制（ Control）模板選擇多種輸入控制部件來(lái)構(gòu)成前面板，其中控制部件是用于接收用戶的輸入數(shù)據(jù)到程序，指示部件是用來(lái)顯示程序產(chǎn)生各種類型的輸出。框圖程序是用戶用圖形編程語(yǔ)言編寫程序的界面，用戶可根據(jù)預(yù)定的測(cè)試方案通過(guò)功能（ Functions）模板的選項(xiàng)，選擇不同的圖形化節(jié)點(diǎn)（ Node），然后用連線的方法把這些連接起來(lái)，即可構(gòu)成所需要的框圖程序。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 71 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了智能儀器的組成、工作原理及有關(guān)使用方面的知識(shí) （ 1）具有人工智能的現(xiàn)代測(cè)試儀器和系統(tǒng)主要有：獨(dú)立智能儀器、個(gè)人儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器等。 （ 2）獨(dú)立智能儀器是自身帶有微處理器，能獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試的電子測(cè)量?jī)x器。 （ 3）自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是以通用計(jì)算機(jī)為核心，以標(biāo)準(zhǔn)接口總線為基礎(chǔ)，由可程控電子儀器等構(gòu)成的現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有極強(qiáng)的通用性和多功能性，對(duì)于不同的測(cè)試任務(wù)，只需增減或更換 “ 掛 ” 在它上面的儀器設(shè)備，編制相應(yīng)的測(cè)試軟件，而系統(tǒng)本身不變。 （ 4）個(gè)人儀器系統(tǒng)屬于第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，是由不同功能的儀器卡、查卡箱和一臺(tái) PC機(jī)有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。它分為內(nèi)插件式、模塊式兩種結(jié)構(gòu)形式，二者的兼容性較差。兼容性好的是 VXI儀器系統(tǒng)。內(nèi)插件式和模塊式個(gè)人儀器及系統(tǒng)由硬件、軟面板及系統(tǒng)軟件等三部分組成。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 72 （ 5）虛擬儀器屬于第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，是指在通用計(jì)算機(jī)上添加幾種帶共性的基本儀器硬件模塊，通過(guò)軟件來(lái)組合成各種功能的儀器或系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)、 A/D及 D/A等帶共性的硬件資源和應(yīng)用軟件共同組成。 （ 6）智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括主機(jī)電路、模擬量輸入輸出通道、人機(jī)接口和標(biāo)準(zhǔn)通信接口電路等。軟件即程序，包括監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。 （ 7）控者、聽者、講者是智能儀器的三要素，當(dāng)中的某一臺(tái)裝置可以具有三要素中的一個(gè)、二個(gè)或全部功能。 （ 8） GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口總線是一條 24芯電纜，其中 16條被用作信號(hào)線，其余則被用作邏輯地線及屏蔽線。 （ 9）接口功能是指完成各儀器設(shè)備之間正確通訊，確保系統(tǒng)正常工作的能力。包括：服務(wù)請(qǐng)求功能、并行點(diǎn)名功能、遠(yuǎn)控本控能力、裝置觸發(fā)功能、裝置清除功能等。 （ 10）智能儀器有自檢、自動(dòng)測(cè)量等諸多功能。自動(dòng)測(cè)量功能包括：自動(dòng)量程變換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、自動(dòng)校準(zhǔn)以及自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)等功能。 第 9章 智能測(cè)試儀器與系統(tǒng) 73 （ 11）智能 DVM是指以微處理器為核心的數(shù)字電壓表。由微處理器芯片、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入電路、 A/D變換器、鍵盤、顯示器及標(biāo)準(zhǔn)儀用接口電路等組成。 （ 12）智能 DVM除了具有普通 DVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)外，還有標(biāo)定、相對(duì)誤差、極限、比例、統(tǒng)計(jì)、最大 /最小等功能指標(biāo)。 （ 13） HG1850微處理器 DVM具有測(cè)量模式、自檢模式、用戶程序模式、編程模式和自校模式等五種工作模式。