計算機系統(tǒng)與虛擬儀器PPT學習教案

1、會計學1計算機系統(tǒng)與虛擬儀器計算機系統(tǒng)與虛擬儀器DATE: 2021-10-18PAGE: 2 一、計算機測試系統(tǒng)組成一、計算機測試系統(tǒng)組成計算機為現(xiàn)代測試和測量系計算機為現(xiàn)代測試和測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)。統(tǒng)的基礎(chǔ)。程控儀器程控儀器：能接受程序控制：能接受程序控制并據(jù)之改變內(nèi)部電路工作狀并據(jù)之改變內(nèi)部電路工作狀態(tài)，以及完成特定任務(wù)的測態(tài)，以及完成特定任務(wù)的測量儀器。量儀器。接口任務(wù)接口任務(wù)：提供機械兼容、：提供機械兼容、邏輯電平方面的匹配，并能邏輯電平方面的匹配，并能通過數(shù)據(jù)線交換電信號信息。通過數(shù)據(jù)線交換電信號信息。第1頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 3 一、計算機測試系統(tǒng)組

2、成一、計算機測試系統(tǒng)組成智能儀器：智能儀器：以單片機為主體，以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起組成的智能化測量控制合在一起組成的智能化測量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。虛擬儀器：虛擬儀器：數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示用軟件來完成，分析、數(shù)據(jù)顯示用軟件來完成，只額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬只額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件。件。第2頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 4 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成成傳感器2多路開關(guān)放大器采樣保持A/D轉(zhuǎn)換計算機傳感器n傳感器1采樣保持（S/H）電路目的：保持A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換期間輸入信號不變，

3、對A/D轉(zhuǎn)換精度至關(guān)重要。第3頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 5 組成：輸入、輸出緩沖放大器A1、A2, 保持電容CH， 邏輯控制開關(guān)S第4頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 6 第5頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 7 第6頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 8 三、總線三、總線接口總線的分類：接口總線的分類：芯片總線、內(nèi)總線、外總線。芯片總線、內(nèi)總線、外總線。接口總線的標準化：接口總線的標準化：對接口的輸入、輸出信號建立統(tǒng)一規(guī)范，對接口的輸入、輸出信號建立統(tǒng)一規(guī)范，包括命令規(guī)范、數(shù)據(jù)的定義和編碼格式。包括

4、命令規(guī)范、數(shù)據(jù)的定義和編碼格式。第7頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 9 接口總線的應(yīng)答通信方式：接口總線的應(yīng)答通信方式：第8頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 10 RS232C標準接口總線標準接口總線第9頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 11 第10頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 12 GPIB標準接口總線標準接口總線第11頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 13 四、計算機測試系統(tǒng)分類四、計算機測試系統(tǒng)分類插卡式測試系統(tǒng)插卡式測試系統(tǒng)：在計算機的擴展槽（如：在計算機的擴展槽（如PC

5、IPCI、ISAISA等通用總線槽，等通用總線槽，或或PCMCIAPCMCIA等專用卡）中插入信號調(diào)理、信號采集、數(shù)字輸入輸出、等專用卡）中插入信號調(diào)理、信號采集、數(shù)字輸入輸出、DSPDSP等測試與分析板卡，構(gòu)成通用或?qū)Ｓ玫臏y試系統(tǒng)。等測試與分析板卡，構(gòu)成通用或?qū)Ｓ玫臏y試系統(tǒng)。儀器前端與計算機組合儀器前端與計算機組合：儀器前端由信號調(diào)理、模擬信號采集、：儀器前端由信號調(diào)理、模擬信號采集、數(shù)字輸入輸出、數(shù)字信號處理、測試控制等模塊組成。由數(shù)字輸入輸出、數(shù)字信號處理、測試控制等模塊組成。由VXIVXI、PXIPXI等專用儀器總線連接在一起構(gòu)成獨立機箱，并通過以太網(wǎng)接口、等專用儀器總線連接在一起構(gòu)成

6、獨立機箱，并通過以太網(wǎng)接口、13941394、并行接口等通信接口與計算機相連，構(gòu)成通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C、并行接口等通信接口與計算機相連，構(gòu)成通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)。儀器控制系統(tǒng)儀器控制系統(tǒng)：由各種獨立的可編程儀器（具有參數(shù)設(shè)置和控制：由各種獨立的可編程儀器（具有參數(shù)設(shè)置和控制功能的計算機接口）與計算機連接所組成的測試系統(tǒng)。功能的計算機接口）與計算機連接所組成的測試系統(tǒng)。第12頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 14 插卡式儀器自身不帶儀器面板，必須借助計算機強大的圖形環(huán)境，插卡式儀器自身不帶儀器面板，必須借助計算機強大的圖形環(huán)境，建立圖形化的虛擬面板，完成對儀器的控

7、制、數(shù)據(jù)分析和顯示。建立圖形化的虛擬面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示。數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡：具有：具有A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、 D/AD/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)字I/OI/O和記數(shù)器和記數(shù)器/ /定時定時器等功能，有些具有數(shù)字濾波和數(shù)字信號處理的功能。器等功能，有些具有數(shù)字濾波和數(shù)字信號處理的功能。插卡類型：插卡類型：PCIPCI通用卡、通用卡、ISAISA通用卡或通用卡或PCMCIAPCMCIA專用卡，專用卡， PCIPCI廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。插卡是插卡是“即插即用即插即用”（Plug & play)Plug & play)。多功能數(shù)據(jù)采集卡多功能數(shù)據(jù)采集卡采用采用“虛擬硬件虛擬硬件”技

8、術(shù)，使用戶通過程序能方技術(shù)，使用戶通過程序能方便地改變硬件的功能或性能參數(shù)。便地改變硬件的功能或性能參數(shù)。采用的總線：采用的總線：傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的RS232RS232串行總線、串行總線、USBUSB通用串行總線、通用串行總線、IEEE1392IEEE1392總線（總線（Fire Wire,Fire Wire,火線）。火線）?？膳c臺式微機、工控機或筆記本電腦相連，實現(xiàn)臺式和便攜兩用?？膳c臺式微機、工控機或筆記本電腦相連，實現(xiàn)臺式和便攜兩用。第13頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 15 高精度集成儀器系統(tǒng)：高精度集成儀器系統(tǒng)：采用專用的儀器總線，經(jīng)歷了采用專用的儀器總線，經(jīng)歷了G

9、PIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI的儀器總線發(fā)展過程。的儀器總線發(fā)展過程。GPIBGPIB總線：總線：通用接口總線（通用接口總線（General Purpose Interface Bus)General Purpose Interface Bus)，是，是計算機和儀器的標準通信協(xié)議，國際工業(yè)標準計算機和儀器的標準通信協(xié)議，國際工業(yè)標準IEEE488IEEE488硬件規(guī)格和軟件硬件規(guī)格和軟件協(xié)議。協(xié)議。VXIVXI總線：總線：一種高速計算機總線，國際工業(yè)標準一種高速計算機總線，國際工業(yè)標準IEEE1155IEEE1155協(xié)議。組建協(xié)議。組建VXIVXI總線要求由機箱、零槽管理器及嵌

10、入式控制器，造價高，國防軍工總線要求由機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價高，國防軍工領(lǐng)域應(yīng)用。領(lǐng)域應(yīng)用。PXIPXI總線：總線：一種以一種以Compact PCICompact PCI為基礎(chǔ)的，具有開放性的總線。成本為基礎(chǔ)的，具有開放性的總線。成本低、運行速度快、體積緊湊，可構(gòu)建標準的測試平臺。低、運行速度快、體積緊湊，可構(gòu)建標準的測試平臺。第14頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 16 第15頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 17 儀器控制：儀器控制：是指這樣一個操作，即通過微機上的軟件控制儀器控制是指這樣一個操作，即通過微機上的軟件控制儀器控制總

11、線上的一臺儀器。儀器自身通常支持一種或多種選擇?？偩€上的一臺儀器。儀器自身通常支持一種或多種選擇。儀器控制的總線分為兩個大類：儀器控制的總線分為兩個大類：獨立總線，用于架式和堆式儀器的通信，如獨立總線，用于架式和堆式儀器的通信，如GPIBGPIB專用總線和微機的專用總線和微機的標準總線（標準總線（RS232RS232、以太網(wǎng)、以太網(wǎng)、USBUSB、無線和、無線和IEEE1394IEEE1394等）。等）。模塊化總線，將接口總線合并到儀器中，如模塊化總線，將接口總線合并到儀器中，如PCIPCI、VXIVXI、PXIPXI等。等。儀器控制軟件：儀器控制軟件：通用軟件，如通用軟件，如MATLABMA

12、TLAB自帶的自帶的Instruments ControlInstruments Control工具箱、工具箱、LabVIEWLabVIEW自帶的儀器控制工具等。自帶的儀器控制工具等。專用軟件，大多數(shù)儀器生產(chǎn)商都會為其可編程儀器提供專用的儀器專用軟件，大多數(shù)儀器生產(chǎn)商都會為其可編程儀器提供專用的儀器控制軟件?？刂栖浖?。第16頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 18 智能儀器：智能儀器：新一代的測量儀器，內(nèi)含微處理器的儀器或基于微型機新一代的測量儀器，內(nèi)含微處理器的儀器或基于微型機的儀器。儀器的整個測量過程，都用單片機或微控制器來控制操作，的儀器。儀器的整個測量過程，都用單片

13、機或微控制器來控制操作，實現(xiàn)測量過程的全部自動化。實現(xiàn)測量過程的全部自動化。智能儀器功能特點：智能儀器功能特點：具有自測功能，包括自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、具有自測功能，包括自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等；自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等；具有數(shù)據(jù)處理功能；具有數(shù)據(jù)處理功能；具有良好的人機對話能力；具有良好的人機對話能力；具有可程控操作能力。具有可程控操作能力。智能儀器與虛擬儀器的區(qū)別：智能儀器與虛擬儀器的區(qū)別：在于它們所用的微機是否與儀器測量部分在于它們所用的微機是否與儀器測量部分融合在一起，也即采用專門設(shè)計的微處理器、存儲器、接口芯片組成的融合在一起，也

14、即采用專門設(shè)計的微處理器、存儲器、接口芯片組成的系統(tǒng)，還是用現(xiàn)成的微機配以一定的硬件及儀器測量部分而成的系統(tǒng)。系統(tǒng)，還是用現(xiàn)成的微機配以一定的硬件及儀器測量部分而成的系統(tǒng)。第17頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 19 虛擬儀器：虛擬儀器：基于微機的測量儀器，即數(shù)據(jù)分析和顯示完全用微機的基于微機的測量儀器，即數(shù)據(jù)分析和顯示完全用微機的軟件來完成，只要額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可以與微機組成軟件來完成，只要額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可以與微機組成測量儀器。測量儀器。“軟件就是儀器軟件就是儀器”：軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心。在虛擬儀器中，使軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心。在虛擬

15、儀器中，使用同一個硬件系統(tǒng)，只要應(yīng)用不同的軟件編程，就可得到功能完全不用同一個硬件系統(tǒng)，只要應(yīng)用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測量儀器。同的測量儀器。虛擬儀器概念由國家儀器公司（虛擬儀器概念由國家儀器公司（Natioal Instruments CorporationNatioal Instruments Corporation，NINI）于）于19861986年首先提出，定義為由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和年首先提出，定義為由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通信以及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是用于數(shù)據(jù)分析、過程通信以及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是

16、一種由計算機操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。一種由計算機操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)引入到當今計算機輔助測試領(lǐng)域，使數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控虛擬儀器技術(shù)引入到當今計算機輔助測試領(lǐng)域，使數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制自動化技術(shù)起了制自動化技術(shù)起了重大變革重大變革。第18頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 20 虛擬儀器的特點：虛擬儀器的特點：硬件接口標準化；硬件接口標準化；硬件軟件化；硬件軟件化；軟件模塊化；軟件模塊化；模塊程控化；模塊程控化；系統(tǒng)集成化；系統(tǒng)集成化；程序設(shè)計圖形化；計算可視化；程序設(shè)計圖形化；計算可視化；硬件接口軟件驅(qū)動化。硬件接口軟件驅(qū)動化。虛擬儀器最大優(yōu)點虛擬儀器最大優(yōu)點：具有

17、開放式的構(gòu)成方式，即具有靈活性和功能：具有開放式的構(gòu)成方式，即具有靈活性和功能的可重構(gòu)性。的可重構(gòu)性。虛擬儀器是用戶根據(jù)需要自己定義、自行組合的。虛擬儀器是用戶根據(jù)需要自己定義、自行組合的。虛擬儀器的發(fā)展呈現(xiàn)兩條主線：虛擬儀器的發(fā)展呈現(xiàn)兩條主線：一是一是GPIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI總線方式（適合總線方式（適合大型高精度集成測試系統(tǒng)），二是微機插卡式、大型高精度集成測試系統(tǒng)），二是微機插卡式、LPTLPT并行口式、串口并行口式、串口USBUSB方式、方式、IEEEIEEE標準的標準的13941394口方式（適合普及型的廉價系統(tǒng)，前景好）?？诜绞剑ㄟm合普及型的廉價系統(tǒng)，前景好）

18、。第19頁/共22頁DATE: 2021-10-18PAGE: 21 虛擬儀器的軟件框架：虛擬儀器的軟件框架：從低層到頂層：從低層到頂層：VISAVISA庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件三部分。三部分。VISAVISA庫庫：虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)（：虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)（VISA, Virtual Instrumentation VISA, Virtual Instrumentation Software Architecture),Software Architecture),標準的標準的I/OI/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。儀器驅(qū)動程序儀器驅(qū)動程序：完成對某一