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虚拟仪器技术及其在数据采集中的应用.pdf

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虚拟仪器技术及其在数据采集中 的应用 内容摘要： 摘要：介绍了虚拟仪器的构成及其特点，分析了如何从软件和 硬件方面构造具体的虚拟仪器；提出了一种虚拟仪器技术在数 据采集中新的应用方法，该方法利用虚拟仪器制作数据采集 器，分别从硬件设计、软件设计两个角度阐述了数据采集器的 具体制作方法。实际应用证明是行之可靠的，可供技术人员在 组建基于虚拟仪器技术的数据采集器时参考使用。 摘要：介绍了虚拟仪器的构成及其特点，分析了如何从软件和 硬件方面构造具体的虚拟仪器；提出了一种虚拟仪器技术在数 据采集中新的应用方法，该方法利用虚拟仪器制作数据采集 器，分别从硬件设计、软件设计两个角度阐述了数据采集器的 具体制作方法。实际应用证明是行之可靠的，可供技术人员在 组建基于虚拟仪器技术的数据采集器时参考使用。 关键词：虚拟仪器；数据采集；VXI总线；软件技术 虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器，他是代发 展起来的一项新技术，主要用于自动测试、过程控制、仪器设 计和数据分析等领域，其基本思想是在仪器设计或测试系统中 尽可能用软件代替硬件，即“软件就是仪器”，他是在通用计 算机平台上，根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能，其 实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功 能。 1虚拟仪器的特点和构成 1.1虚拟仪器的特点 与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能 强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为： 智能化程度高，处理能力强虚拟仪器的处理能力和智能化程度 主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求， 将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器 设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。 复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件 可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样 器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。 这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统 费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布 式共享，更好地发挥仪器的使用价值。 可操作性强，易用灵活虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同 应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理 能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结 果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打 印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大 提高而且易用、灵活。 1.2虚拟仪器的构成 虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个 方面考虑。 硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定，其中接口设 计可选用的接口总线标准包括GPIB总线、VXI总线等。推荐 选用VXI总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速率 高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点，因此自1987 被首次推出后迅速得到各大仪器生产厂家的认可，目前VXI模 块化仪器被认为是虚拟仪器的最理想平台，是仪器硬件的发展 方向。由于VXI虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模 块和专用接口。因此硬件电路的设计一般可以选择用现有的各 种不同的功能模块来搭建。通用模块包括：信号调理和高速数 据采集；信号输出与控制；数据实时处理。这3部分概括了数 字化仪器的基本组成。将具有一种或多种功能的通用模块组建 起来，就能构成任何一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集模 块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化 仪或1台频谱分析仪；使用信号输出与控制模块和实时数据处 理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。 专用接口是针对特定用途仪器需要的设计，也包括一些现场总 线接口和各类传感器接口。系统的主要硬件包括控制器、主机 箱和仪器模块。常用的控制方案有GPIB总线控制方式的硬件 方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式 的硬件方案3种。VXI仪器模块又称为器件（devices）。VXI 有4种器件：寄存器基器件、消息基器件、存储器器件和扩展 器件。存储器器件不过是专用寄存器基器件，用来保存和传输 大量数据。扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通 道。将VXI仪器制作成寄存器基器件，还是消息基器件是首先 要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像VME总线器件， 是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存 器基器件完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。这种 高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄存器基器 件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复 用器、数/模转换输出卡、模/数转换输入卡、信号调理等）。 消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用ASCII字符 进行通信，与这种器件十分相似是独立HP