PXI在虚拟仪器的应用

2006-04-27 21:49:55

PXI在虚拟仪器的应用

（2） VXI（VMEbus eXtension for Instrumentation）即VME总线在 仪器领域的扩展，是1987年在VME总线、Eurocard标准（机械结构标准）和IEEE 488等的基础上，由主要仪器制造商共同制订的开放性仪器总线标准。VXI 系统最多可包含 256个装置，主要由主机箱、"0槽"控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换，即插即用组成新系统。目前，国际上有两个VXI总线组织

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。①VXI联盟，负责制定VXI的硬件（仪器级）标准规范，包括机箱背板总线、电源分布、冷却系统、零槽模块、仪器模块的电气特性、机械特性、电磁兼容性以及系统资源管理和通讯规程等内容；②VXI总线即插即用(VXI Plug&Play，简称VPP)系统联盟，宗旨是通过制订一系列VXI的软件（系统级）标准来提供一个开放性的系统结构，真正实现VXI总线产品的"即插即用"。这两套标准组成了VXI标准体系，实现了VXI的模块化、系列化、通用化以及VXI仪器的互换性和互操作性。VXI的价格相对较高，适合于尖端的测试领域。

（3） PXI（PCI eXtension for Instrumentation）PCI在仪器领域的扩展，是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。其核心是 CompactPCI结构和Microsoft Windows软件。　PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等，来满足试验和测量用户的要求。PXI兼容CompactPCI机械规范，并增加了主动冷却、环境测试（温度、湿度、振动和冲击试验）等要求。这样，可保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。

（4） DAQ（Data AcQuisition）数据采集，指的是基于计算机标准总线（如ISA、
PCI、PC/104等）的内置功能插卡。它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。利用DAQ可方便快速地组建基于计算机的仪器（Computer-Based Instruments），实现"一机多型"和"一机多用"。 在性能上，随着A/D转换技术、仪器放大技术、抗混叠滤波技术与信号调理技术的迅速发展，DAQ的采样速率已达到1Gb/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能任意结合数字I/O，模拟I/O、计数器/定时器等通道。仪器厂家生产了大量的DAQ功能模块可供用户选择，如示波器、数字万用表、串行数据分析仪、动态信号分析仪、任意波形发生器等。在ＰＣ计算机上挂接若干DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有若干功能的ＰＣ仪器。

 

3.3、虚拟仪器的软件系统

虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。基于软件在VI系统中的重要作用，NI提出了"软件就是仪器（The software is the instrument）"的口号。VPP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。

　　虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。

VISA（Virtual Instrumentation software Architecture）虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于计算机系统之中执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。

　　仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。它是应用程序实现仪器控制的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的形式提供给用户。

　　应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。

　　虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式：

　　①用通用编程软件进行编写。主要有Microsoft公司的Visual Basic与Visual C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；

　　②用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的VEE，NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI等。

应用软件还包括通用数字处理软件。通用数字处理软件包括用于数字信号处理的各种功能函数，如频域分析的功率谱估计、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和细化分析等；时域分析的相关分析、卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等。以及数字滤波等等。这些功能函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功能提供了基础。

4、LabVIEW简介

80年代早期，计算机接口变得越来越精细，界面也越来越友好，NI的工程师们意识到：需要一种强大的软件接口让用户通过他们的计算机获得更简单有效的测试与控制。苹果公司的Macintosh为这种即将诞生的图形化软件语言提供了一个最好的环境：G语言。不久，NI为基于计算机的测量和自动化开发出了一个软件包：LabVIEW。

LabVIEW是基于G语言的革命性的图形化开发语言，用来进行数据采集和控制、数据分析和数据表达。它的目标是简化程序的开发工作，让工程师和科学家能充分利用PC机的功能，快速简便地完成自己的工作。十余年的不断充实，使LabVIEW成为丰富、强大的实用工具软件包。与LabVIEW同步推出的还有LabWindows/CVI，它的特点是可利用ANSI C编程语言建立与实用仪器的交互式开发环境。这两者内部都配有GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数，以及全球几百家厂商的仪器驱动程序。围绕这些核心软件还陆续开发出多种附件。