計算機(jī)控制測試系統(tǒng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1計算機(jī)控制測試系統(tǒng)計算機(jī)控制測試系統(tǒng)第一節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述 70年代以前,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是針對特定的任務(wù)，采用獨(dú)立元器件搭建的專用系統(tǒng)，體積龐大、可靠性較低、數(shù)據(jù)處理能力有限、精確度不高、缺乏數(shù)據(jù)通訊及遠(yuǎn)傳功能。此時的測量設(shè)備和計算機(jī)是彼此相互獨(dú)立的，計算機(jī)是作為離線輔助工具，只用來完成測試結(jié)果統(tǒng)計、數(shù)據(jù)處理和間接測量的中間計算等。 70年代以后，測試設(shè)備通過A/D、D/A、I/O接口與計算機(jī)對接，計算機(jī)數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。其間隨著標(biāo)準(zhǔn)總線的普及，實現(xiàn)了計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)。 80年代以后，單片機(jī)、DSP芯片的發(fā)展，縮小了計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積，出現(xiàn)了便攜式和嵌入式

2、結(jié)構(gòu)。硬件/軟件技術(shù)的結(jié)合使系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到模擬測試設(shè)備無法達(dá)到的程度 90年代以來，專用集成電路和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向微型化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。軟件編程由機(jī)器語言、匯編語言發(fā)展到通用高級語言、專用高級語言和測試專用語言第1頁/共35頁一、計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能1、程控自動測量程控完成的操作包括選擇測量項目、信號通道及測量范圍，調(diào)整增益和頻率范圍，實現(xiàn)最佳測量，提高測量精度等。 2、程控自動校正 實際測量之前，計算機(jī)控制將“零點(diǎn)”信號源接入測量系統(tǒng)，此時測量的結(jié)果是系統(tǒng)內(nèi)部器件產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移值，將其存儲待用。實際測量時，計算機(jī)控制將被測信號接入測量系統(tǒng)，得到實際測量值。實際

3、測量值扣除零點(diǎn)漂移值，即得準(zhǔn)確的測試結(jié)果。 3、結(jié)果判斷及故障報警計算機(jī)控制對測量系統(tǒng)自身的主要部件進(jìn)行自我檢測（自檢），有開機(jī)自檢、周期自檢及鍵控自檢等?；具^程是由CPU向系統(tǒng)各部分發(fā)出自檢指令，各功能器分別得到已知的“輸入”，檢查其“輸出”是否正確。例如，對A/D轉(zhuǎn)換器施加一個標(biāo)準(zhǔn)電壓，看其轉(zhuǎn)換結(jié)果是否在預(yù)期范圍內(nèi)；對于RAM的自檢是通過比較寫入與讀出數(shù)據(jù)是否一致。第2頁/共35頁4、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)可對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理、數(shù)學(xué)運(yùn)算、誤差修正及工程單位轉(zhuǎn)換等。例如，實現(xiàn)FFT、相關(guān)分析、統(tǒng)計分析、平滑濾波等。5、聯(lián)網(wǎng)通信計算機(jī)的外設(shè)，如打印機(jī)、顯示器、磁盤磁帶機(jī)、繪圖機(jī)、記錄儀等，通過

4、標(biāo)準(zhǔn)接口和系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信；也可與其他數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。6、多路巡回或同時測量一臺儀器一般只能測量一個或幾個參數(shù)，而自動測量系統(tǒng)可以配備多個信號通道，有的多達(dá)上千路。例如，一些OEM (Original Equipment Manufacturer的縮寫,原始設(shè)備制造商）廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其基本通道為64路，可擴(kuò)展到4096路。對于多路信號通過計算機(jī)軟件控制，進(jìn)行高速掃描采樣。選擇合適的功能模板也能很方便地實現(xiàn)對多通道信號同時測量，如測量多個信號之間的相位關(guān)系。第3頁/共35頁二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，分專用接口型和通用接口型按系統(tǒng)的用途的適用程度，分通用

5、和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、專用接口型采用特定功能的模塊相互連接組成的系統(tǒng)是專用接口型，結(jié)構(gòu)緊湊、模塊利用率高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：由于模塊間的差別、系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，組成系統(tǒng)時相互間的接口十分麻煩。專用接口系統(tǒng)的功能相對固定，硬件及軟件基本沒有冗余部分配置，性能價格比較高。當(dāng)系統(tǒng)較復(fù)雜或規(guī)模較大使設(shè)計和制造成本大幅度增加時，就要考慮采用其他的實施方案。 2、通用接口型系統(tǒng)中所有模塊間的接口按國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。用標(biāo)準(zhǔn)電纜/標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱插槽進(jìn)行模塊間的連接。系統(tǒng)組建方便、適應(yīng)性強(qiáng)、通過修改軟件就可完成不同的測量任務(wù)，靈活性和可擴(kuò)張性較好。此類系統(tǒng)有PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、STD標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、CAM

6、AC標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)及VXI總線標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)等。第4頁/共35頁三、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成第5頁/共35頁四、系統(tǒng)總線概述 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要通過某種形式的硬件和協(xié)議，將各單元連接起來協(xié)調(diào)工作，主要硬件基礎(chǔ)就是接口和系統(tǒng)總線，它們是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的重要組成部分，起著紐帶和基礎(chǔ)的作用。 接口是系統(tǒng)間的交接部分，其基本功能是管理它們之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換，屬“計算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容。 總線是計算機(jī)系統(tǒng)中模塊與模塊之間傳送信息的一組信號線，是傳送規(guī)定信息的公共通道。1）有采用分時共用總線方式的單總線結(jié)構(gòu)，在不同時刻總線上的信息類型不同（即數(shù)據(jù)信息、地址信息和控制信息分

7、時共用同一組總線）；2）有采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的并行三總線形式，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信息總線是各自獨(dú)立的總線結(jié)構(gòu)。第6頁/共35頁1、局部總線與系統(tǒng)總線在復(fù)雜的計算機(jī)系統(tǒng)或多主機(jī)組成的大系統(tǒng)中，擴(kuò)展存儲器、I/O接口、多個主機(jī)等之間通信聯(lián)絡(luò)頻繁，共用總線負(fù)載重、總線競爭激烈，通訊效率不高，甚至發(fā)生總線阻塞。這時可將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為若干個功能相對獨(dú)立的模塊，各個模塊并行工作。每個模塊內(nèi)建立的總線叫做局部總線。模塊之間建立的聯(lián)系總線叫做系統(tǒng)總線。在局部總線上可以掛有局部存儲器和局部I/O接口，而系統(tǒng)總線上掛有公共存儲器和公共I/O接口。采用規(guī)格化的通用系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)有利于用戶擴(kuò)展和與其他CPU聯(lián)機(jī)，或共

8、享某些硬件模塊，以減少用戶的硬件設(shè)計任務(wù)。總線可以做成插槽（如PCBUS，STDBUS）或接口插頭（如RS-232-C，IEEE-488）形式。設(shè)計時，必須遵照規(guī)格化總線結(jié)構(gòu)的規(guī)定、定義和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。第7頁/共35頁 通過總線占用仲裁決定哪個操作應(yīng)在總線上進(jìn)行。最簡單的總線占用仲裁方式是串行鏈接式，其原理是：仲裁器發(fā)出一個“應(yīng)答(GRANT)”信號響應(yīng)“請求(REQUEST)”信號，所有的總線主控部分按順序接聽這個信號，首先接聽到GRANT信號的請求占用總線的模塊，便取得了總線控制權(quán)。在這個模塊已經(jīng)控制總線的情況下，其余的模塊就不可能對總線進(jìn)行操作了。其他仲裁方式還有定時查詢方式和獨(dú)立請求方式等

9、。 2、總線仲裁 總線協(xié)議是為了對傳送的信息進(jìn)行正確和可靠接收所做的約定條款。例如傳輸速率，對于串行總線，要保證發(fā)送的波特率和接收的波特率嚴(yán)格一致；對于并行總線，則要保證兩次發(fā)送之間的時間間隔符合接收的要求。為了協(xié)調(diào)計算機(jī)與外部接口器件間的速度差異，經(jīng)常采用總線緩沖技術(shù)，即設(shè)立發(fā)送或接收緩沖器以協(xié)調(diào)二者之間的速度。再如傳輸信息格式，包括基本信息的格式和輔助信息的格式。3、總線協(xié)議第8頁/共35頁第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計一、確定信號特征對被測參量的信號特征進(jìn)行估計是測試系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。因為機(jī)械參量的類型及其時域、頻域特征，直接關(guān)系到傳感器選型、變換電路設(shè)計、測量精度、數(shù)據(jù)存儲、處理和后續(xù)顯示（

10、記錄）設(shè)備的選擇等。同時考慮現(xiàn)場干擾因素對信號測量的影響，尤其是干擾信號頻譜和有用信號混雜在一起的情況。二、選擇傳感器1、根據(jù)測量的目的和被測物理量的特點(diǎn)，選用性能價格比合適的傳感器。2、可靠性及穩(wěn)定性工業(yè)現(xiàn)場工作的傳感器必須能承受環(huán)境溫度、濕度、介質(zhì)條件、振動與沖擊、電磁場干擾、電源波動等的工作條件，且性能要長期穩(wěn)定，特征指標(biāo)不隨時間與環(huán)境的變化而改變。每種傳感器都有自己特定的適用范圍，設(shè)計時必需考慮實際工況。第9頁/共35頁3、頻率響應(yīng)特性傳感器頻響應(yīng)特性是影響測量系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的主要因素之一。傳感器的頻帶寬度只要覆蓋測量信號的頻率范圍，才有可能實現(xiàn)不失真測量。此外，測量系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不僅與

11、傳感器有關(guān)，而且還與后續(xù)的處理電路、部件等的動態(tài)特性有關(guān)，應(yīng)綜合考慮。4、線性范圍傳感器線性范圍的寬窄決定了測量系統(tǒng)工作量程的大小。5、精度傳感器的精度是保證測量系統(tǒng)精確度的第一個重要環(huán)節(jié)。如果測試是用于定性分析，可選用重復(fù)性好、精度一般的傳感器；如果是進(jìn)行定量分析，而且必須獲得準(zhǔn)確的測量值，就需要選用精度等級可滿足要求得傳感器。6、靈敏度傳感器的靈敏度應(yīng)保證在測量范圍內(nèi)，被測參量能有效的轉(zhuǎn)換為電壓或電流的輸出。靈敏度的選擇要以信噪比為基礎(chǔ)。第10頁/共35頁三、信號調(diào)理與處理 信號調(diào)理與處理電路的設(shè)計原則是“增益信號，抑制噪聲”。信號調(diào)理與處理的內(nèi)容：微弱信號放大；將電阻/電感/電容等電參量

12、轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化；抑制噪聲的濾波處理；阻抗變換；屏蔽接地；調(diào)制與解調(diào)；信號線性化等。四、計算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計1、選擇計算機(jī)2、硬件和軟件設(shè)計選定計算機(jī)后，應(yīng)根據(jù)外部設(shè)備的工作特點(diǎn)、須完成的功能來確定連接方式、輸入輸出接口、邏輯控制電路、通道的工作方式。軟件研制和硬件設(shè)計相互配合，應(yīng)該根據(jù)功能特性和經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)選擇硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)。3、組裝調(diào)試按要求組裝軟、硬件，每一項所要求的功能都應(yīng)進(jìn)行試驗，通過試驗發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)試系統(tǒng)，直至所有功能滿足規(guī)定要求。第11頁/共35頁五、信號的分析與處理1、抑制噪聲，提取信號在機(jī)械參量由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號的過程中、經(jīng)過傳輸導(dǎo)線及中間變換電路到達(dá)A/D轉(zhuǎn)

13、換器的過程都會混入各種干擾噪聲，如電磁干擾、低回路干擾等。 在信號的傳輸或變換電路里可以設(shè)計各種信噪分離電路，用數(shù)字信號處理的方法，也可以實現(xiàn)濾波和各種運(yùn)算，達(dá)到與模擬電路等價的效果。2、信號特征提取與分析對信號做進(jìn)一步的分析與處理，是為了獲得能夠反映測量對象狀態(tài)和特征的信息。信號的分析可用模擬電路完成，也可用數(shù)字系統(tǒng)完成。模擬信號處理系統(tǒng)速度快，但易受環(huán)境干擾的影響。相對而言數(shù)字系統(tǒng)速度稍慢，但比較穩(wěn)定不易受到環(huán)境的影響。多任務(wù)軟件和多CPU系統(tǒng)是數(shù)字信號分析軟件和硬件的技術(shù)支持基礎(chǔ)。3、系統(tǒng)誤差修正 用數(shù)據(jù)處理的方法消除或減少系統(tǒng)誤差。第12頁/共35頁六、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理 計算機(jī)采集的

14、原始數(shù)據(jù)可能出錯或混有噪聲。為提高信號的有效性和可靠性，需進(jìn)行合理性的判別與濾波；若檢測數(shù)據(jù)與實際物理量成非線性關(guān)系，還需進(jìn)行線性化處理。1、采樣數(shù)據(jù)的合理性判別及報警必須及時檢測采樣是否正常。一是避免產(chǎn)生錯誤的計算結(jié)果，二是及時給出異常的報警信號，以盡早修復(fù)。 1）越限采樣值的限幅與報警 當(dāng)采樣值超過設(shè)定的量程范圍時，一方面將得到的采樣值限幅，另一方面給出報警信息。當(dāng) ，則取 ，同時報警。 Hyky)(Hyky)(當(dāng) ，則取 ，同時報警。 Lyky)(Lyky)( 2）對采樣數(shù)據(jù)的分析判斷 根據(jù)能量平衡、物料平衡、熱量平衡、過程機(jī)理等客觀規(guī)律和操作經(jīng)驗進(jìn)行檢查；根據(jù)運(yùn)算模塊進(jìn)行檢查，看是否有

15、明顯不合理的情況出現(xiàn)，如違反某種定理、被零除、數(shù)據(jù)溢出等。第13頁/共35頁2、數(shù)字濾波噪聲通常是“高頻”的，而過程變量的變化相對較緩慢信號入口處的RC低通濾波器能抑制高頻噪聲，但對低頻干擾效果并不理想數(shù)字濾波對低頻干擾有較好效果 數(shù)字濾波：又稱軟件濾波。采用某種算法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，消除或削減各種干擾和噪聲，提高信號的真實性。 優(yōu)點(diǎn)：不需要增加硬件設(shè)備；數(shù)字濾波的穩(wěn)定性好，一種濾波程序可以反復(fù)調(diào)用，并且使用靈活、方便，可根據(jù)不同的需要修改濾波參數(shù)或算法。 （1）平均值濾波法 1）算術(shù)平均值濾波法mipikymky1)(1)( 用于對流量、壓力及沸騰狀液面一類信號作平滑。因為這些信號的

16、特點(diǎn)是有周期性的振蕩現(xiàn)象，信號在平均值附近作上下波動。一般取m=48。 該算法可以是在一個采樣瞬間對一個測點(diǎn)多次采樣后，計算其平均值作為該次采樣的有效值；也可對多個采樣周期的平均采樣值作遞推濾波使用。第14頁/共35頁 2）加權(quán)遞推平均濾波（滑動平均值濾波） 算術(shù)平均值濾波是等權(quán)重濾波。如果要增加新的采樣值在有效信號中的比重，提高系統(tǒng)對當(dāng)前所受干擾的靈敏度，可采用加權(quán)遞推平均濾波，其算式為 10)()(miipikyaky101miia其中 （2）中值濾波法 在一個采樣瞬間對被測參數(shù)連續(xù)采樣奇數(shù)次，按大小排序，選擇大小居中的數(shù)據(jù)作為有效信號。它可有效濾除由于偶然因素引起的波動或因采樣器的不穩(wěn)定

17、造成的誤碼等脈沖性干擾，對緩慢變化的過程采用中值濾波有良好的效果。 將平均值濾波與中值濾波方法結(jié)合起來使用，濾波的效果會更好。方法是連續(xù)采樣m次（m3），并按大小順序排列，從首尾各舍掉1/3個較大的數(shù)據(jù)和較小的數(shù)據(jù)，再將剩余的1/3個大小居中的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。第15頁/共35頁（3）慣性濾波法（一階滯后濾波）典型RC（電阻電容）低通濾波器的動態(tài)方程為xydtdy采樣周期為T0)()() 1()(0kxkyTkyky稱為濾波系數(shù)令)(0Ta)()1 () 1()(kxakayky 當(dāng)a1，當(dāng)前的y(k)等于它在前一步的值y(k-1)，即將新的測量值完全濾掉；當(dāng)a0，y(

18、k)等于測量值x(k)，相當(dāng)于不進(jìn)行濾波。 通常選擇0a1，濾波后的數(shù)值與當(dāng)前測量值及前一步的濾波值有關(guān)，而前一步的濾波值又取決于再前一步的濾波值和測量值，因此實際上濾波值是與“無窮多”個歷史值有關(guān)，a越大，與歷史值得關(guān)系越大，濾波值產(chǎn)生的“滯后”現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇濾波系數(shù)，使得被測參數(shù)既不出現(xiàn)明顯的振蕩，反應(yīng)又不太遲緩。這就是慣性濾波（或一階滯后濾波）。第16頁/共35頁（4）程序判斷濾波 為防止偶然的、大幅度的跳碼干擾，在采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過合理性判別后，通常還要采用程序判斷濾波法去偽存真。 常見的程序濾波方法：比較兩個相鄰采樣瞬間采樣值的大小，用其增量(以絕對值表示)與兩次采樣允許的最

19、大差值y0比較。若小于或等于y0 ，則本次采樣值為有效值；若大于y0 ，則仍取上次采樣值作為本次采樣值的有效值。 y0是可供選擇的常數(shù)，取決于視被測量的變化速度，一般取y0 =VfT0， Vf為輸入信號最大可能變化速度，T0為采樣周期 。3、數(shù)據(jù)處理（1）線性化處理 檢測信號與該信號所代表的物理量之間不一定成線性關(guān)系。為此，必須對非線性參數(shù)進(jìn)行線性化處理。 （2）校正運(yùn)算 有時來自測控對象的某些檢測信號與真實值有偏差，此時需要對這些信號進(jìn)行補(bǔ)償校正，使補(bǔ)償后的檢測值能反映真實情況。第17頁/共35頁 （3）測量值與工程量的轉(zhuǎn)換 由于生產(chǎn)現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)量綱不同，如壓力的單位為Pa，流量的單位

20、為m3/h，溫度單位為0C等，這些參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為一系列的數(shù)碼后，它們并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，而是僅代表參數(shù)值的相對大小，故有必要將它們轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值。這種轉(zhuǎn)換就稱為工程量轉(zhuǎn)換（也稱標(biāo)度變換）。轉(zhuǎn)換時常用到如下三種類型的公式：minminmaxminminmax)()(yNNNxyyy1）線性值公式 其前提是參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換值呈線性關(guān)系，則有參數(shù)測量值的工程量參數(shù)量程終點(diǎn)值參數(shù)量程起點(diǎn)值測量值對應(yīng)的經(jīng)數(shù) 字 濾 波 后 的A/D輸出采樣值參數(shù)量程終點(diǎn)值對應(yīng)的A/D值參數(shù)量程起點(diǎn)值對應(yīng)的A/D值 2）開方值轉(zhuǎn)換公式 用差壓變送器測量流量信號時，由于差壓和流量的平方成正比，必須

21、在流量工程量轉(zhuǎn)換前進(jìn)行開方處理 3）熱電偶與熱電阻公式 y=ax+b，x為熱電勢，y為溫度，a、b為常數(shù)第18頁/共35頁第三節(jié) 典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、PC（Personal Computer）標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng) PC總線包括:IBM PC/XT，IBM PC/AT，ESIA總線等。1) IBM PC/XT(Extented Technology)，擴(kuò)充技術(shù)型個人計算機(jī)2) IBM PC/AT(Advanced Technology)，先進(jìn)技術(shù)型個人計算機(jī)3)EISA(Extended Industry Standard Architecture，擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu))總線 PC

22、總線不是直接與CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制/電源線等直接相連，中間要經(jīng)過鎖存、驅(qū)動、信號組合等邏輯電路。各模塊通過系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)/地址/控制/電源線等連成一個整體，即PC機(jī)主機(jī)優(yōu)點(diǎn)：PC機(jī)用戶易于實現(xiàn)，可擴(kuò)展性好，可維修性好，易于升級換代等。第19頁/共35頁2、STD標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng) STD總線是1978年由美國Prolog公司推出的一種并行微型計算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。它使用小板結(jié)構(gòu)及56線插頭。 STD總線采用底板(母板)總線結(jié)構(gòu)，即在一塊底板上并行布置了數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線，板上安有若干個插座，允許任何標(biāo)準(zhǔn)插板插在任意的插槽中使用。 優(yōu)點(diǎn)：1）簡單、成本低、可靠性高、開放式組態(tài)、兼容式總

23、線結(jié)構(gòu)等。2）可支持多種8位、16位、32位的微處理機(jī)，尤其是可支持多處理機(jī)系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式、主從式及多處理機(jī)系統(tǒng)，最多允許16個多主CPU模板在一塊STD總線底板上運(yùn)行。3）為國際上流行的主要標(biāo)準(zhǔn)總線。4）可適用較惡劣的工作環(huán)境中、小規(guī)模的測量控制系統(tǒng)。第20頁/共35頁(a)(b)3、GPIB (General Purpose Interface Bus)標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)： 1）一個接口可連接多達(dá)14個設(shè)備（包括計算機(jī)為15個設(shè)備），在20m內(nèi)使用，能滿足實驗室和一般的生產(chǎn)環(huán)境測量的需要。一般接口系統(tǒng)是“點(diǎn)對點(diǎn)”傳送，而GPIB則是1對N傳送。 2）通用性和靈活性。符合標(biāo)準(zhǔn)接口要求的儀器

24、設(shè)備都可以互相連接起來，組成一個自動測量系統(tǒng)。操作時只需設(shè)備和插拔電纜插頭，無需接口硬件設(shè)計 3）允許系統(tǒng)內(nèi)被連接的儀器之間，即可在控制器（計算機(jī)）的控制下傳輸數(shù)據(jù)，也可以在無控制器的條件下自動進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 4）數(shù)據(jù)傳輸是雙向異步的。數(shù)據(jù)傳輸速率能在較大的范圍內(nèi)變化，可滿足不同工作速度的儀器的要求。一般最高速率為250kB/s，如果采用三態(tài)門發(fā)送器，則最高速率可達(dá)1MB/s。 5）成本較低，使用方便。 第21頁/共35頁4、VXI 標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng) VXI總線是VME（VersaModule Eurocard）總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展（VMEbus EXTENSIONS FOR INSTRUMENT

25、ATION），是繼GPIB之后，為適應(yīng)測量儀器從分立的臺式和機(jī)架式結(jié)構(gòu)發(fā)展為更緊湊的模塊式結(jié)構(gòu)的需要，于1987年推出。它對所有廠家和用戶都是公開的，允許用戶將不同廠家的模塊用于一個系統(tǒng)的同一機(jī)箱內(nèi)。 采用VXI總線的測量系統(tǒng)最多可包含256個器件。與GPIB系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，它的全部器件都是插件式的，并且對插件和主機(jī)架的尺寸要求嚴(yán)格。此外，VXI總線為器件提供了數(shù)據(jù)傳輸、中斷、時鐘、模擬信號線、多種電源線等多種總線，因而它適用于數(shù)字器件，也適用于模擬器件，還便于傳輸8位、16位、32位等多種數(shù)據(jù) 優(yōu)點(diǎn)：1）開放性，多廠家共用標(biāo)準(zhǔn)使其更加靈活；2）規(guī)范化的VXI軟件使系統(tǒng)的配置、編程和集成更

26、簡單；3）數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)33MB/s；4）更精確的定時和同步提高了測量準(zhǔn)確度。5）系統(tǒng)組建靈活，易與其他總線接口。第22頁/共35頁5、CAMAC總線系統(tǒng) CAMAC(Computer Automatic Measurement And Control)是一種典型的自動測量控制系統(tǒng)，它的各種儀器、功能組件、計算機(jī)等通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱連成系統(tǒng)，由總線實現(xiàn)信息相互通信 CAMAC系統(tǒng)中，機(jī)箱是基本單位。有多種標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化的功能組件，大體可分為：1）一般用途組件，包括計時器、寄存器、時鐘發(fā)生器等；2）數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換組件 例如多路模擬數(shù)據(jù)采集、S/H、A/D、D/A、積分器等；3）外設(shè)接口組件 如打

27、印機(jī)/磁盤驅(qū)動器/顯示器/繪圖議接口等；4）機(jī)箱控制器組件 用于各類計算機(jī)的并行和串行控制器；5）分布驅(qū)動器。 CAMAC標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)一般由測量控制組件、機(jī)箱控制器、機(jī)箱插件、數(shù)據(jù)總線、接口驅(qū)動及其外設(shè)組成，如圖。第23頁/共35頁 CAMAC總線共有兩級二種。兩級：第一級是機(jī)箱內(nèi)用的平行總線，稱為數(shù)據(jù)通道(Data way)；第二級是機(jī)箱間連接的總線。兩種：一種是并行的稱為分支通道(Branch Highway)，適用于信息量大，傳輸速率高時；另一種是串行的，稱為串行通道(Serial Highway)，適用于機(jī)箱間距離較遠(yuǎn)時。 用CAMAC機(jī)箱、組件、驅(qū)動器、總線，計算機(jī)可靈活地組成各種規(guī)

28、模和結(jié)構(gòu)的計算機(jī)控制系統(tǒng)。典型的有以下幾種： 1）無計算機(jī)系統(tǒng) 是指無機(jī)箱外接的計算機(jī)。 2）單機(jī)箱系統(tǒng) 其結(jié)構(gòu)規(guī)定以一個機(jī)箱為限。微計算機(jī)通過機(jī)箱控制器控制全部插件的工作，有較好的性能價格比。具體結(jié)構(gòu)形式有： 3）并行多機(jī)箱系統(tǒng) 各機(jī)箱并行連接，信息傳輸速率高，適用于數(shù)據(jù)量大的集中系統(tǒng)。 4）串行多機(jī)箱系統(tǒng) 計算機(jī)通過串行驅(qū)動器與機(jī)箱相連，機(jī)箱連成環(huán)形。各機(jī)箱之間可用專用電纜相連，也可用電話電纜相連。機(jī)箱之間距離可達(dá)510km。對于更遠(yuǎn)的距離，可增設(shè)專用接口，采用遠(yuǎn)距離通訊手段，如微波、無線電等。 5）混合多機(jī)箱系統(tǒng)第24頁/共35頁二、專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 通用標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是組織靈活

29、、方便，但它們的功能比較簡單，沒有功能強(qiáng)大的專用數(shù)據(jù)采集和處理軟件。此外，其精確度、采集速度等都不如目前先進(jìn)的專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)在宇航及航天領(lǐng)域的地面實驗測量中都是采用性能優(yōu)良的大型專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。下面介紹兩種在宇航測試中所是用的測量系統(tǒng)。 1、多通道采集記錄分析儀 2、太平洋600數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第25頁/共35頁第四節(jié) 虛擬儀器（Virtual Instrument) 虛擬儀器是通過軟件將計算機(jī)與有關(guān)儀器硬件結(jié)合起來，用戶通過圖形界面(通常稱為虛擬前面板)進(jìn)行操作的一種儀器。 虛擬儀器的開發(fā)和應(yīng)用起源于1986年NI(National Instruments)公司推出的LabVIEW軟件，

30、并提出了虛擬儀器概念一、虛擬儀器的組成 虛擬儀器的基本部件包括計算機(jī)、儀器硬件、軟件以及將計算機(jī)與儀器硬件相連接的總線結(jié)構(gòu)。 計算機(jī)GUI對計算機(jī)的速度、內(nèi)存、顯卡等均有要求 儀器硬件傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡等 軟件設(shè)備驅(qū)動軟件（主要是完成各種硬件接口功能的控制程序，實現(xiàn)與真實儀器系統(tǒng)的通信）、監(jiān)控系統(tǒng)軟件(通過儀器驅(qū)動程序和I/O接口軟件實現(xiàn)對硬件的操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時完成諸如數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、報表打印、趨勢曲線、報警和記錄查詢等功能)。 當(dāng)前流行的虛擬儀器軟件是圖形軟件開發(fā)環(huán)境，代表產(chǎn)品LabVIEW和HP公司的VEE。 第26頁/共35頁二、虛擬儀器的分類與應(yīng)用根據(jù)所采用的

31、總線方式的不同，虛擬儀器分如下四種類型：1、PC總線插卡型虛擬儀器 借助于插入PC機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡和專用軟件（如LabVIEW）相結(jié)合，完成數(shù)據(jù)采集和處理的任務(wù)。優(yōu)點(diǎn)：充分利用PC的總線、機(jī)箱和電源等硬件資源以及極其豐富的軟件資源，適用于小型、廉價、精度要求不很高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。缺點(diǎn)：受計算機(jī)機(jī)箱和總線的限制，機(jī)箱內(nèi)部噪聲電平較高且無屏蔽，以及插槽尺寸較小、數(shù)量少等。2、GPIB總線方式的虛擬儀器 在微機(jī)中插入一塊GPIB接口卡，通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。一塊GPIB接口卡最多可帶14臺儀器。當(dāng)微機(jī)的總線變化時，例如采用ISA和PCI等不同總線，接口卡也要隨之變更，其余部

32、分可保持不變，從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機(jī)總線的快速變化。缺點(diǎn)：由于GPIB系統(tǒng)是在PC出現(xiàn)的初期問世，所以有一定的局限性，如其數(shù)據(jù)線只有8根，傳輸速率最高1MB/s，傳輸距離20m（加驅(qū)動器可達(dá)500m）等。盡管如此，它仍是儀器、儀表及測控系統(tǒng)與計算機(jī)相連的主流并行總線之一。第27頁/共35頁3、VXI總線方式的虛擬儀器 將若干儀器硬件模板插入具有VXI總線的機(jī)箱內(nèi)，儀器模板沒有操作和顯示面板，必須由計算機(jī)來控制和顯示。在該系統(tǒng)中圍繞機(jī)械、電氣、控制方式、通信協(xié)議、電磁兼容、軟面板、驅(qū)動程序、I/O控制，乃至機(jī)箱、印制電路板的結(jié)構(gòu)，通風(fēng)散熱等都做了詳細(xì)的規(guī)定，使不同廠家的VXI總線產(chǎn)品相互兼

33、容。VXI系統(tǒng)最多可包含256個器件（裝置），可組成一個或多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)最多可包含13個插入式模塊，插入同一個機(jī)箱內(nèi)，在組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求較高的場合，具有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。VXI總線支持即插即用，人機(jī)界面良好，資源利用率高，容易實現(xiàn)系統(tǒng)集成，大大地縮短了研制周期，且便于升級和擴(kuò)展。缺點(diǎn)是VXI系統(tǒng)的成本相對較高。 4、PXI總線方式的虛擬儀器 PXI是PCI（ Peripheral Component Interconnect，外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)）在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。它是1997年美國NI公司發(fā)布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線。PXI將Wind

34、ows NT和Windows 95定義為其標(biāo)準(zhǔn)軟件框架，并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture，虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱）規(guī)范編寫的WIN32設(shè)備驅(qū)動程序，使PXI成為一種系統(tǒng)級規(guī)范，便于系統(tǒng)的集成和使用。第28頁/共35頁 LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench)是美國 NI公司(National Instrument Company)推出的一種基于G語言（Graphics

35、Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具 。第五節(jié) 干擾及抑制方法 干擾對系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行造成的后果主要表現(xiàn)為： 1）數(shù)據(jù)采集誤差加大 干擾竄入測量系統(tǒng)模擬信號的輸入通道，使模擬信號失真、數(shù)字信號出錯，其直接后果將是使采集的數(shù)據(jù)誤差加大，當(dāng)對微弱信號測量時，影響更加突出。 2）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化 在干擾的情況下RAM中的數(shù)據(jù)有可能被改寫，這將使某些決定性的參數(shù)被破壞或改變某些芯片的工作方式，從而造成數(shù)據(jù)出錯、控制失靈等。 3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失常 干擾侵入系統(tǒng)內(nèi)核，使總線數(shù)據(jù)錯亂，CPU得到錯誤信息，程序計數(shù)器PC出錯，從而程序運(yùn)行就會出現(xiàn)混亂，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作失常。第29頁/共35頁一、干擾源1、外部干擾外部干擾又可分為來自自然界的干擾和來自電氣設(shè)備的干擾。 2、內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾主要是由設(shè)備內(nèi)部和系統(tǒng)的公共線與地線引起的噪聲 二、干擾的作用方式 根據(jù)干擾進(jìn)入測量電路的方式，可將干擾分為串模（又稱差模）干擾和共模干擾（也稱并聯(lián)干擾）。 1、串模干擾 在被測信號兩端與被測信號串聯(lián)的干擾電壓稱為串模干擾。串模干擾產(chǎn)生的原因一般是外部高壓線路交變磁場通過分布電容耦合進(jìn)線路和電源交變磁場漏電流的耦合，很多情況是通過供電線路串入的，疊加在各種不平衡輸入信號和輸出信號上。第30頁/共35頁2、共模干擾 共模干擾電壓是出現(xiàn)在信號的任一輸入端和公共端（大地或機(jī)殼）之間的干擾電壓。