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第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.1虚拟仪器体系结构分析9.2DAQ基础及设备9.3GPIB总线及接口设备9.4VXI总线及接口设备9.5PXI总线及接口设备第九章虚拟仪器体系与总线接口设备第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.1.1虚拟仪器总体结构分析图9-1不同硬件平台与计算机的结合第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-2不同硬件平台的数字化能力LimitsinDigitizerTechnology6810121416182022242628110010K1M100M10G1TSampleRate(S/s)DynamicRange/ResolutionPC-DAQGPIB/VXIBitdB170627486981101221344146158508.57.56.55.54.53.52.5Digits第九章虚拟仪器体系与总线接口设备GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftware表9-1不同体系结构虚拟仪器的系统性能平台特性GPIBPC-DAQVXI传输宽度88，16，32(expandableto64)8，16，32(expandable64)吞吐率1MB/s(3-wire)8MB/s(HS488)1-2MB/s(ISA)132MB/s(PCI)40MB/s80MB/s(VME64)定时与控制能力NoneNone8TTLTriggerLine2ECLTriggerLine面市产品种类10,0001,0001,000扩展能力UsingMultipleInterfaceCardsAvailableFromThirdPartiesStandardisedUsingMXI结构大小LargeSmallMedium第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-3带SCXI的非电量测量体系结构SensorsandI/OSinglesTerminalBlockSCXISignalConditioningModuleADQDeviceADCControlSCXIBusAnalogBusDigitalBus9.1.2非电量虚拟仪器体系结构分析第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-4带SC模块的VXI系统体系结构第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-5a)PC-DAQ台面系统第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-5b)PC-DAQ便携系统第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-5c)PC-DAQ远程测试系统第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-8集中控制数据系统的体系结构第九章虚拟仪器体系与总线接口设备图9-9分布式数据采集系统的体系结构第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.2DAQ基础及设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.1DAQ仪器与总线由仪器卡组成的DAQ仪器的主要方式有：●内插式：将仪器卡插入微机的内部总线；●外挂式：将微机总线引到扩展箱；●直接外挂式：在微机外总线（并口、USB）接入仪器卡。总线：模块与模块或设备与设备之间传送信息的一组公用信号线，是系统在主控制器的控制下，将发生器发出的信息准确地传送给某个接收器的信号通道。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI4种计算机总线：●片内总线（InChipBus）；●芯片总线（ComponentLevelBus）；●内总线（BoardLevelBus）；●外总线（SystemLevelBus）。与DAQ仪器相关的总线类型：内总线和外总线第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.2DAQ仪器的特点●缩短研制周期，提高产品的竞争力；●可视化与直读性；●测试过程控制与强大的数据处理能力；●模块化与多功能性；●集成化与扩展性；●操作自动化与方便性；第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.3DAQ仪器设计关键技术●总线扩展与接口技术；●A/D和D/A转换技术；●多路开关和滤波放大技术；●高速缓存电路；●实时采样和等效采样技术；●可编程逻辑器件与逻辑控制电路；第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.4DAQ仪器设计基础1.多路开关；2.放大电路；3.采样/保持器；4.A/D转换器；以上四个部分构成PC的前向通道。是数据采集卡/板的主要环节。与其它有关电路如：定时／计数器，总线接口电路等，构成DAQ卡。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.5DAQ卡的基本性能指标1.模拟输入部分●模拟输入通道数；●信号输入方式：单端、差动、单极性、双极性；●信号输入范围；●放大器增益；●模拟输入阻抗。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI2.A/D转换部分●采样速率；●位数；●分辨率；●精度；3.D/A转换部分●分辨率；●标称满量程；●响应时间；第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.2.6DAQ仪器发展趋势●硬件趋于简单化；●数字信号处理功能日益加强；●新的测试领域不断出现；●新器件增强DAQ仪器的功能与测量范围；●虚拟仪器软件框架的发展将促进DQA仪器向纵深发展；第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.3GPIB总线及接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI●惠普公司在60年代末和70年代初开发了GPIB通用仪器控制接口总线标准；●IEEE国际组织在1975年对GPIB进行了标准化，由此GPIB变成了IEEE488标准；●术语GPIB，HP-IB和IEEE488都是同义词。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.3.1GPIB通用接口总线1.GPIB总线接口系统特点●母线型连接方式；●器件容量（15台）；●地址容量（31个听地址，31个讲地址）；●数传方式（比特并行、字节串行、双向异步传递）；●最大传输速度为1MBit/s；●传输距离不超过20m；●接口功能共10种；●控制方式两种（系统控制、负责控制）；●消息逻辑（TTL电平，负逻辑）。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI2.GPIB总线结构GPIB是一个数字化的24线并行总线。包括：●8条数据线。既用来传送设备命令（7位），又用于传送地址和数据（8位）；●5条控制线（ATN、EOI、IFC、REN和SRQ）。管理系统工作；●3条握手线（DAV、NRFD和NDAC）。实现设备输入\输出时的信息交换；●8条地线。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI引线信号引线信号引线信号1DIO110SQR19地2DIO211ANT20地3DIO312机壳地21地4DIO413DIO522地5EOI14DIO623地6DAV15DIO724地7NRFD16DIO88NDAC17REN9IFC18地表9-2IEEE-488总线定义第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI信号交换线及控制线功能：●DAV：数据线上有数据时有效；●NRFD：＝1，表示接收器件准备好；●NDAC：系统组件均接收到数据时为1；●ATN：＝0，为数据；＝1，为地址；●EOI：数据传输结束标志；●IFC：系统清0（复位）；●REN：＝1，为启动远程控制条件；●SRQ：＝1，服务请求。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI3.GPIB接口功能●听功能：接收信号、数据；●讲功能：发送信号、数据；●控功能：通过微处理器发布各种指令；●源握手功能：为讲功能和控功能服务；●受握手功能：为听功能服务；●服务请求功能：系统故障时运行相应处理；●并行点名功能：控功能同时查询8个仪器；●远程控制功能：选择远程或本地控制方式；●触发功能：产生一个内部信号，启动有关仪器工作；●清除功能：使仪器回到初始状态。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.4VXI总线及接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.4.1VXI标准的发展VXIbus是VMEbus（VMEbuseXtensionsforInstrumentation）在仪器领域的扩展。1987年7月，VXIbus规范的第一个版本发布。1992年9月IEEE标准局批准为IEEE-1155-1992标准1993年2月经美国国家标准研究院批准，并于1993年9月出版发行。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备表9-3VXIbus标准发展史版本0.01.01.11.21.31.4IEEE-1155日期1987.7.91987.8.241987.10.71988.6.211989.7.141992.4.211993.9.20第九章虚拟仪器体系与总线接口设备ProcessorUnitUnderTestPXI9.4.2VXI总线目标⑴使设备之间以明确的方式通信；⑵使VXI系统比标准的机架堆叠式系统具有更小的物理尺寸；⑶使用专门的通信协议和更宽的数据通道为测试系统提供更高的系统吞吐率；⑷提供可用于军事模块化仪器（InstrumentonaCard）系统的测试设备；⑸通过使用虚拟仪器原理方便地扩展测试系统的功能；⑹通过使用统一的公共接口降低系统集成时的软件开发成本；⑺在该规范内定义实现多模块仪器系统的方法。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.4.3VXI标准体系国际上现有两个VXIbus组织——VXIbus联合体和VPP系统联盟。VXIbus联合体主要负责VXIbus硬件（即仪器级）标准规范的制订；VPP系统联盟的宗旨是通过制订一系列的VXIbus软件（即系统级）标准来提供一个开放的系统结构，使其更容易集成和使用。VXIbus仪器级和系统级规范文件分别由10个标准组成，参见表2-4和表2-5。第九章虚拟仪器体系与总线接口设备表9-4VXIbus仪器级标准规范文件标准代号标准名称VXI-1VXIbus系统规范(IEEE1155-1992)VXI-2VXIbus扩展的寄存器基器件和扩展的存储器器件VXI-3VXIbus器件识别的字符串命令VXI-4VXIbus通用助记符VXI-5VXIbus通用ASCII系统命令VXI-6VXIbus多机箱扩展系统VXI-7VXIbus共享存储器数据格式规范VXI-8VXIbus冷却测量方法VXI-9VXIbus标准测试程序规范VXI-10VXIbus高速数据通道第九章虚拟仪器体系与总线接口设备表9-5VXIbus系统级标准规范文件标准代号标准名称VPP-1VPP系统联盟章程VPP-2VPP系统框架技术规范VPP-3仪器驱动程序技术规范VPP-3.1VPP仪器驱动程序结构和设计技术规范VPP-3.2VPP仪器驱动程序开发工具技术规范VPP-3.3VPP仪器驱动程序功能面板技术规范VPP-3.4VPP仪器驱动程序编程接口技术规范VPP-4标准的软件输入输出接口技术规范VPP-4.1VISA-1虚拟仪器软件体系结构主要技术规范VPP-4.2VISA-2VISA转换库（VTL）技术规范VPP-4.2.2VISA-2.2视窗框架的VTL实施技术规范VPP-5VXI组件知识库技术规范VPP-6包装和安装技术规范VPP-7软面板技术规范VPP-8VXI模块/主机机械技术规范VPP-9仪器制造商缩写规则VPP-10VXIP&PLOGO技术规范和组件注册第九章虚拟仪器体系与总线接口设备9.4.4VXI总线的系统结构1.结构配置VXIVMEABP1P1P1P3P1P2P2P23.9”×6.3”9.2”×6.3”9.2”×13.4”C14.4”×13.4”DP1VME计算机总线：16bit数据传输总线,16M地