新型智能儀器

1、第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1 個人儀器個人儀器 8.2 虛擬儀器虛擬儀器 8.3 現(xiàn)場總線儀器現(xiàn)場總線儀器思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1 個人儀器8.1.1 個人儀器的原理及特點(diǎn)1. 個人儀器及其發(fā)展過程個人儀器（也稱PC儀器）是在智能化儀器的發(fā)展基礎(chǔ)上出現(xiàn)的又一種新型微機(jī)化儀器,它是個人計算機(jī)與電子儀器相結(jié)合的產(chǎn)品。這類儀器的基本構(gòu)想是將原智能儀器儀表中測量部分的硬件電路以附加插件或模板的形式插入到PC機(jī)的總線插槽或擴(kuò)展機(jī)箱中；而將原智能化儀器中的控制、存儲、顯示和操作運(yùn)算等軟件任務(wù)都移交給PC機(jī)來

2、完成。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 由于它充分利用了PC機(jī)的軟件和硬件資源,因而相對于傳統(tǒng)的智能儀器來說,極大地降低了成本,方便了使用,提高了可靠性,顯示出廣闊的發(fā)展前景。在此基礎(chǔ)上,若將多種測控儀器插件或模板組合在一個PC系統(tǒng)中,還可以構(gòu)成稱之為個人儀器的系統(tǒng),以代替價格昂貴的GP-IB接口測試系統(tǒng)的工作。1） 個人儀器的主要形式 個人儀器及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為以下幾種形式： （1） 內(nèi)插式。它把儀器插件卡直接插入到PC機(jī)內(nèi)部總線擴(kuò)展槽內(nèi),如圖8-1（a）所示。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在組成個人儀器時,由于沒有專門為儀器儀表定義的總線,各儀器之間不能直接通信, 模

3、擬信號也無法經(jīng)總線傳遞,因此這種形式的個人儀器及系統(tǒng)的性能不可能很高。這種結(jié)構(gòu)比較簡單,實(shí)現(xiàn)方便,成本最低,但難以滿足重載儀器對電流功率和散熱的要求,機(jī)內(nèi)干擾也比較嚴(yán)重。（2） 外插式?？朔?nèi)插式缺點(diǎn)的辦法之一是定義新的儀器總線,并將儀器插件移到個人計算機(jī)外的獨(dú)立機(jī)箱中去,如圖8-1（b）所示。HP公司6000系列模塊式PC儀器系統(tǒng)就是這種形式的代表產(chǎn)品。這種形式的個人儀器的特點(diǎn)是： 獨(dú)立的機(jī)箱和獨(dú)立的電源,使儀器避免了微機(jī)的噪聲干擾； 設(shè)計了專門的儀器總線PC-IB,組成儀器系統(tǒng)很方便；更換系統(tǒng)中與微機(jī)配合的接口卡,可適應(yīng)于多種個人計算機(jī)機(jī)種,并且儀器模塊和接口電路中也使用了微處理機(jī)。因而H

4、P6000系統(tǒng)是一種功能很強(qiáng)大的多CPU分布系統(tǒng)。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-1 個人儀器的結(jié)構(gòu)形式個人計算機(jī)(PC)PC總線儀器卡主板(a)個人計算機(jī)(PC)PC總線儀器卡主板(b)外部機(jī)架(插件箱)第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） VXI總線儀器系統(tǒng)。上述形式的個人儀器及系統(tǒng)以它突出的優(yōu)點(diǎn)顯示出強(qiáng)大的生命力。然而,由于各廠家生產(chǎn)的儀器沒有采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),用戶在組成個人儀器系統(tǒng)時不能將不同廠家的儀器模塊和插件插在同一主機(jī)箱內(nèi),這就妨礙了個人儀器的發(fā)展。于是,就發(fā)出了標(biāo)準(zhǔn)化的呼聲。VXI儀器系統(tǒng)就是在這種形式下應(yīng)運(yùn)而生的。1987年7月,HP、Tektronix等

5、五家電子儀器公司提出了用于儀器模塊式插卡的新型互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)VXI總線。VXI總線是在計算機(jī)使用的一種VME總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 個人儀器的主要特點(diǎn)個人儀器一般具有以下特點(diǎn)： （1） 成本低。在個人儀器系統(tǒng)中,每個測試功能不是由整機(jī),而是由插件完成的。每個插件不必具有智能儀器所需的微處理器、顯示裝置、鍵盤、機(jī)箱等部件,因而制成本大大降低。（2） 使用方便。在個人儀器中,標(biāo)準(zhǔn)的儀器功能寫在操作軟件中,并備有簡單的清單（Menu）。用戶可根據(jù)清單進(jìn)行選擇,無需編制程序就能完成各種測試任務(wù),操作方便。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） 制造方便。儀器插

6、件卡與個人計算機(jī)之間的關(guān)系遠(yuǎn)不如智能儀器中微處理器與測量部件之間的關(guān)系密切,而價廉物美的個人計算機(jī)可以購買。儀器制造廠可集中精力研制、生產(chǎn)測試插件卡,生產(chǎn)周期短,制造方便。（4） 實(shí)時交互作用。個人儀器是通過微機(jī)的系統(tǒng)總線連接的,相互間可進(jìn)行實(shí)時的交互聯(lián)系。例如,可讓一臺儀器去觸發(fā)另一臺儀器,使其在時間上相互關(guān)聯(lián)；而在GP-IB系統(tǒng)中,儀器間不能實(shí)時交互,它們只接受系統(tǒng)控制器的控制,或向控制器提出服務(wù)請求。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. 個人儀器的組成原理 1） 硬件結(jié)構(gòu)個人儀器的硬件是由儀器插件通過總線與個人計算機(jī)融合在一起構(gòu)成的,因而儀器插件硬件部分總有接口和測量控制兩大部分

7、電路,其基本結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-2 個人儀器插件的一般結(jié)構(gòu) 接口部分地址譯碼電路ABDB接口芯片控制電路A / DS / HA / D基準(zhǔn)輸入電路時鐘D / AS / HD / A輸出電路CB測量控制部分微機(jī)內(nèi)部總線第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖中接口部分由接口芯片、地址譯碼電路、控制電路等部分組成,這與PC機(jī)的一般功能接口卡的接口電路基本一致。它的測量控制部分與智能儀器的測量控制部分電路也基本一致,一般包括輸入輸出電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、時基與時鐘等部分。 2） 軟面板個人儀器不同于普通智能儀器的一個顯著特點(diǎn)是：

8、 用戶不再使用儀器的硬面板,而是采用軟面板實(shí)現(xiàn)對儀器的操作。所謂軟面板,是指在高分辨率CRT上由作圖生成的儀器面板圖形。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 用戶通過操縱鍵盤,移動鼠標(biāo)、光標(biāo)或觸摸屏方式來選擇軟面板上的“軟按鍵”。顯示在CRT上的軟面板可以采用C語言、BASIC語言及圖形化編程語言來繪制。軟面板根據(jù)測控儀器的性質(zhì)不同可以有很多種形式,但一般包括儀器面板顯示、軟按鍵操作、狀態(tài)反饋欄和系統(tǒng)控制窗口等。 3） 個人儀器系統(tǒng)軟件個人儀器系統(tǒng)一般有人工和程序兩種控制方式,圖8-3為個人儀器軟件系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-3 個人儀器軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖軟 面

9、板控 制人 工 控 制PC機(jī) 操 作 系 統(tǒng)狀 態(tài)表儀 器 驅(qū) 動 程 序用 戶 程 序程 序 控 制GP-IB命 令 庫GP-IB儀 器儀 器 模 塊 1儀 器 模 塊 2儀 器 模 塊n個 人 儀 器 模 塊第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在人工控制方式下,系統(tǒng)軟件在微機(jī)屏幕上產(chǎn)生一個軟面板,用戶可以像操作傳統(tǒng)儀器那樣,通過軟面板選擇功能、量程以及輸入有關(guān)參數(shù)的方式,建立起相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志,提供給儀器驅(qū)動程序。軟面板的鍵盤操作一般是以中斷方式實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)用戶按下一個鍵時,軟面板就終止當(dāng)前執(zhí)行的功能,判斷所按的鍵。如果按下錯誤的鍵,就發(fā)出響聲以提醒用戶； 如果按下正確的鍵,則顯示所選參數(shù),

10、或者與儀器驅(qū)動程序模塊進(jìn)行通信來執(zhí)行某項操作,并實(shí)時顯示測量結(jié)果。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在程序控制方式下,系統(tǒng)軟件提供了容易記住和容易學(xué)會的高級命令,以便讓用戶能編制測試程序去進(jìn)行自動測試。對于用戶來說,只需要按照語句的格式進(jìn)行編程,而不必知道儀器驅(qū)動軟件與儀器模塊之間的通信過程。儀器驅(qū)動程序是最低層的軟件,是與PC儀器硬件直接聯(lián)系的軟件模塊。無論人工操作還是程序操作方式,都要調(diào)用儀器驅(qū)動程序去執(zhí)行輸入輸出操作。儀器驅(qū)動程序是直接面向硬件的,實(shí)時性強(qiáng),要求程序的執(zhí)行速度快,因此一般采用匯編語言編寫。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1.2 典型個人儀器實(shí)例1. 內(nèi)插

11、式個人儀器下面將以數(shù)字式電壓表DVM個人儀器為例,簡單介紹內(nèi)插式個人儀器。通過本節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)者將掌握個人儀器的最基本特點(diǎn)并初步建立起個人儀器的概念。下面著重從硬件結(jié)構(gòu)、軟面板的生成和軟件系統(tǒng)的設(shè)計三個方面進(jìn)行介紹。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 1） DVM個人儀器插卡硬件結(jié)構(gòu)DVM儀器插卡硬件結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。該儀器的輸入電路由輸入衰減器、前置放大器、量程轉(zhuǎn)換和自動穩(wěn)零切換電路組成,個人計算機(jī)通過接口電路對其進(jìn)行控制。輸入電路的作用是將不同量程的被測電壓Ux規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值（02 V）。前置放大器采用MC7650組成的單級同相放大器,放大倍數(shù)為1倍或10倍,由繼電器

12、JK2控制切換；輸入衰減系數(shù)為0.01,由繼電器JK1控制切換；零點(diǎn)校準(zhǔn)由JK3控制。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-4 DVM個人儀器插件硬件結(jié)構(gòu)圖 5 V基 準(zhǔn)14433Q0 Q3DS1 DS48255PAURD0 D7PC0EOCDUA/DUXPC4PC3PC6PC總 線D0 D7111譯碼A0 A9 5 V 5 VCS9 k1 k7056JK2 5 VJK1 5 V100 k9.9 M100 kJK3UX第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 控制接口電路使用8255 C口,8255 C口初始化為輸出方式。其輸出端PC3、PC4、PC6經(jīng)7406驅(qū)動JK1、JK2和JK3

13、繼電器。儀器的A/D轉(zhuǎn)換器采用MC14433雙積分集成A/D轉(zhuǎn)換器芯片。譯碼電路采用74LS138芯片。2） 軟面板的生成圖8-5是DVM個人儀器軟面板,不難看出,它與同類智能儀表的硬件面板極其相似。顯示窗用來顯示測量結(jié)果；狀態(tài)反饋窗提供當(dāng)前正在執(zhí)行的有關(guān)信息及出錯信息等；“軟鍵”操作窗又分成量程鍵區(qū)域和功能鍵區(qū)域兩部分,可以通過按下PC機(jī)的Tab鍵來進(jìn)行切換選擇。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 “軟鍵”操作窗的“鍵”操作,是通過PC機(jī)鍵盤右邊小鍵盤中的四個方向鍵來控制光標(biāo)的移動的。當(dāng)光標(biāo)移到某一項時,就使該項以反相映像的形式進(jìn)行顯示,如圖8-5所示的狀況。第第8章章 新型智能儀器新型智

14、能儀器 圖 8-5 DVM個人儀器軟面板AUTO200 V20 V2.0 V0.2 VDEF2DEF3DEF1D(X)HLALOGLMT%AX B個人儀器DVM10.94 V功能鍵區(qū)標(biāo)志區(qū)顯示窗量程鍵區(qū)狀態(tài)反饋窗AX B A0.50B2.00第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 此時若按回車鍵,則表示該“軟鍵”被選中,同時在軟面板前方彈出一個對話框,用戶通過軟件引導(dǎo),直接通過PC機(jī)鍵盤輸入其常數(shù)A與B的值,然后按下確認(rèn)軟鍵“OK”,便進(jìn)入該項功能的測量。圖8-5所示的軟面板表示正在執(zhí)行AX+B標(biāo)度變換功能,其常數(shù)為A=0.5,B=2.00,量程為20V。其他軟操作鍵的操作與此類似。但DEF1D

15、EF3為三個用戶自定義功能鍵,可以按照用戶自己的實(shí)際需要,使用C語言和儀器軟件系統(tǒng)提供的功能程序模塊進(jìn)行編程來對此功能鍵進(jìn)行定義,這種靈活的功能擴(kuò)展方式在個人儀器中是比較容易實(shí)現(xiàn)的。此外,為了增強(qiáng)人機(jī)交互效果,軟面板以及彈出的窗口中都使用漢字顯示。這個實(shí)例的軟面板是用C語言調(diào)用繪圖程序繪制而成的。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3） 軟件系統(tǒng)的設(shè)計個人儀器是通過交互圖形實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口的,這就要求所用程序設(shè)計語言具有很強(qiáng)的控制流和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),運(yùn)行速度快,并且容易與匯編語言接口。本DVM個人儀器控制軟件采用了C語言。DVM個人儀器軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),其中主程序模塊是整個軟件系統(tǒng)的一條主線,它

16、把所有其他的程序模塊連接起來。主程序首先對整個儀器以及系統(tǒng)中的有關(guān)器件初始化,再調(diào)用軟面板生成模塊,然后把余下的模塊構(gòu)成一個循環(huán)圈,儀器的功能都在這一循環(huán)圈中有選擇地周而復(fù)始地運(yùn)行。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 由于儀器的功能較多,程序進(jìn)程復(fù)雜,因此程序流程采用狀態(tài)參數(shù)控制方式,即在程序中建立一些狀態(tài)變量,當(dāng)用戶選擇不同的功能時就改變狀態(tài)變量,程序再根據(jù)這些狀態(tài)變量進(jìn)入相應(yīng)的功能。軟鍵盤管理程序模塊的功能就是根據(jù)用戶對軟鍵的選擇來改變狀態(tài)變量,然后根據(jù)這些變量進(jìn)入不同的驅(qū)動程序模塊。 根據(jù)以上思路,DVM個人儀器主程序流程圖如圖8-6所示。其中FN為功能狀態(tài)字,主程序根據(jù)FN進(jìn)入不同

17、的功能模塊。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-6 DVM個人儀器主程序流程圖開 始初 始 化 管 理軟 面 板 生 成軟 面 板 管 理采 樣 處 理自 動 量 程 ？N自 動 量 程 處 理Y功 能 FN5？NY送 結(jié) 果 ， 測 量次 數(shù) N 1 NN 預(yù) 定 次 數(shù) ？NY顯 示 處 理LOG功 能 處 理6HLA功 能 處 理7DFE3功 能 處 理1068暫 停 ， 按 任 意 鍵 繼續(xù)DVM功 能 處 理1AX B功 能 處 理2DFE1功 能 處 理5顯 示 處 理第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 DVM個人儀器的測量方式按不同功能可分為單次測量和定次數(shù)測量方式

18、。其中DVM、AX+B、LMT等功能被程序確定為單次測量方式；HLA、LOG等功能被程序確定為定次數(shù)測量方式。 主程序中軟面板管理程序模塊的功能是：采用光標(biāo)法移動軟鍵來選擇儀器的狀態(tài)（量程、功能等）,通過提示的方法引導(dǎo)用戶輸入各功能所必需的參數(shù)。當(dāng)返回主程序時,儀器便在新設(shè)置的狀態(tài)及新輸入的參數(shù)下進(jìn)行測量和處理。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. HP-PC個人儀器簡介HP-PC個人儀器系統(tǒng)是HP公司1986年推出的。當(dāng)時該系統(tǒng)共提供了8種個人儀器組件， 即函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字多用表、通用計數(shù)器、數(shù)字示波器、數(shù)字輸入輸出設(shè)備、繼電式多路器、雙數(shù)/模變換器和繼電器驅(qū)動器。每一種個人儀器組件都

19、封裝在一個塑料機(jī)殼中,但它們擁有同一種總線標(biāo)準(zhǔn),通過一塊專用接口卡能與多種個人計算機(jī)相連。一塊插入個人計算機(jī)總線擴(kuò)展槽內(nèi)的專用接口板,最多可以連接8臺個人儀器組件,所有個人儀器組件公用一個外部電源,8臺儀器組件分兩排疊放在電源上部,形成了簡單方便的儀器系統(tǒng)。若再增加一塊接口板,可以使接入的PC儀器組件最多增加至16臺。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 每種個人儀器組件中僅保留基本的測量功能,儀器的控制和數(shù)字、狀態(tài)、波形的顯示以及儀器的開關(guān)和按鍵等的管理,都集中于PC中,個人儀器組件本身不再具有傳統(tǒng)的獨(dú)立功能。 PC對HP-PC儀器的控制有程序控制和人工控制兩種方式。在人工控制方式下,HP

20、-PC儀器系統(tǒng)軟件在PC機(jī)的屏幕上向用戶提供一幅可以人機(jī)對話的軟面板。在程序控制方式下,用戶可以使用PC儀器的軟件方便地編制各種應(yīng)用程序。PC儀器系統(tǒng)軟件采用的語句與BASIC語言類似。HP-PC儀器系統(tǒng)還帶有GP-IB口,以便于和其他帶GP-IB總線的儀器連接,應(yīng)用于自動測試系統(tǒng)中。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 HP-PC個人儀器系統(tǒng)采用PC-IB總線, 其軟面板和DVM個人儀器軟面板相類似,這里不再贅述。HP-PC儀器系統(tǒng)中的PC儀器組件由測試功能電路和PC-IB接口兩部分組成。雖然PC儀器中大量工作已轉(zhuǎn)移到PC中完成,但是由于微處理器芯片價格大幅度下降,因此為了設(shè)計及控制的方便,

21、在PC儀器組件中也可以采用一片至數(shù)片微處理器,以便更好地完成測試和接口功能。圖8-7是HP-PC儀器中DMM組件部分電路框圖。測試功能部分采用了一片微處理器對A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制,并設(shè)置了量程與模式鎖存器來存放從個人計算機(jī)收到的控制信號,以便控制DMM的量程和功能模塊。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 測試功能部分的前端有三個可控開關(guān)：S3閉合時測直流電壓；S2閉合時測交流電壓；S1及S3均閉合時進(jìn)行電阻測量,這時電流源供給一個確定的電流流經(jīng)被測電阻,通過測量電阻上的電壓獲得電阻值。非易失性存儲器用來存儲測量中的標(biāo)準(zhǔn)或定標(biāo)常數(shù)。A/D控制用微處理器從A/D轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù),并對偏移和增益進(jìn)行校

22、正后,才把數(shù)據(jù)送往個人計算機(jī)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-7 HP-61013 DMM組件電路電 流 源參 考電 壓光 電 隔 離串 行 鏈 路串 行 通 信單 片 機(jī)串 行 PC -IB接 口A / D控 制CPU非 易 失 性RAM控 制數(shù) 據(jù)A / DDC S3S1輸 入ACAC / DC變 換 器S2增 益量 程 與 模 式鎖 存 器增 益 、 轉(zhuǎn) 換 控 制測 試 功 能 部 分接 口 部 分AA第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 PC-IB接口部分采用單片機(jī)管理,接口的光電隔離串行鏈路滿足了DMM需要浮置的要求。由于光電隔離使組件部分與個人計算機(jī)分開,因此DM

23、M組件也不必像一般智能DMM那樣采用兩套電源供電,使電路大為簡化?？偟目磥?整個DMM個人儀器組件的規(guī)模大體上與智能DMM中的模擬部分相當(dāng)。3. VXI總線個人儀器簡介這里僅對VXI總線個人儀器系統(tǒng)的組建情況作一簡單介紹。 VXI總線個人儀器系統(tǒng)是一種計算機(jī)控制的功能系統(tǒng),在很寬的范圍內(nèi)允許不同廠家生產(chǎn)的儀器接口卡和計算機(jī)以模塊的形式共同存在于同一主機(jī)箱內(nèi)。VXI系統(tǒng)的組建按照主控計算機(jī)放置在機(jī)架內(nèi)部或外部,分為內(nèi)控方式和外控方式。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-8（a）給出了一個典型外控方式VXI個人儀器系統(tǒng)構(gòu)成圖。主機(jī)架外部的主控計算機(jī)可以通過GP-IB、RS-232C、MX

24、I、VEM等多種總線與VXI系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)。其中溝通兩種總線的翻譯器接口放在0號插座內(nèi),這是系統(tǒng)惟一需要固定的插件,被稱為零槽插件。目前比較流行的外控方式是采用具有GP-IB接口的外主控計算機(jī),這種結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)點(diǎn)是兼容性強(qiáng),特別是在使用IEEE 488.2和SCPI后,更換設(shè)備可以基本不改變或少改變程序。對GP-IB系統(tǒng)較熟悉的編程人員,可以像控制GP-IB系統(tǒng)一樣控制VXI系統(tǒng),并且可以借鑒大量成熟的軟件。這種采用GP-IB總線的控制方式會造成數(shù)據(jù)在這段路徑上傳輸速率的下降,因此應(yīng)盡可能在VXI主機(jī)箱內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理,以使GP-IB總線傳輸盡可能少的數(shù)據(jù)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能

25、儀器 外主控器通過MXI和VME總線對VXI系統(tǒng)控制時,往往可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率,特別是VXI總線是一種適用于VXI系統(tǒng)的很有希望的總線,但這種方式往往要求對VXI系統(tǒng)內(nèi)部工作情況有細(xì)致的了解。通過RS-232C進(jìn)行聯(lián)系速度慢,但可以通過Modem接遠(yuǎn)程計算機(jī)。 圖8-8（b）給出了一個典型的內(nèi)控方式VXI儀器系統(tǒng)示意圖。由于系統(tǒng)內(nèi)有一個內(nèi)插式主計算機(jī),因此控制器能直接運(yùn)用高速指令訪問VXI各儀器模塊,通信速度很快。除此之外，在便攜方面也需要內(nèi)控方式的VXI儀器系統(tǒng)。內(nèi)控方式的最大缺點(diǎn)是人機(jī)交互和編程較困難,兼容性較差。當(dāng)然,目前有些廠家已能提供性能優(yōu)良的內(nèi)插式主控計算機(jī),使其性能接近于外控計

26、算機(jī)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-8 VXI總線儀器系統(tǒng)的組建 (a) 外控方式；(b) 內(nèi)控方式內(nèi)控計算機(jī)RAM儀器1儀器2儀器3(b)(a)儀器1儀器2儀器3儀器40#第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-9是選用C型主機(jī)架的HP75000外控式VXI儀器系統(tǒng)裝配示意圖。外部控制器可以采用一臺個人PC機(jī),通過GP-IB、RS-232C、MXI、VME等總線或者以太網(wǎng)與主機(jī)架連接。主機(jī)架上的0號插槽指定為放置指令模板用。指令模板主要承擔(dān)VXI系統(tǒng)資源管理以及GP-IB總線對VXI總線的翻譯功能。插入其他插槽中的每一個儀器或設(shè)備都是VXI總線儀器模板。本系統(tǒng)的主機(jī)架最

27、多可以插放13個標(biāo)準(zhǔn)寬度的模板。有的儀器只需一個模板,而有的儀器則需要用兩個模板來構(gòu)成（如圖中的數(shù)字設(shè)備）。與個人計算機(jī)相連的GP-IB總線還可以接至其他VXI系統(tǒng)或其他GP-IB儀器系統(tǒng),可見這種系統(tǒng)的組成是很靈活的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-9 HP75000外控式VXI儀器系統(tǒng) 用戶定制模板字備數(shù)設(shè)模擬開關(guān)模擬矩陣開關(guān)RF開關(guān)數(shù)字交換器計數(shù)器函數(shù)發(fā)生器數(shù)字多用表功率表指令模板個人計算機(jī)軟面板GP-IBGP-IB儀器其他VXI系統(tǒng)被測件(DUT)VXI總線主機(jī)架與DUT之間的信號接口連接組件ITA第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 本系統(tǒng)可以同時進(jìn)行多種測量,只需將

28、來自各種儀器的信號經(jīng)各種電子轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接口連接組件板ITA,再接到被控設(shè)備中去即可。這種組件板適應(yīng)性很強(qiáng),一般被稱作接口適配器,只要改變一下內(nèi)部的適配器和軟件,便可測試各種電子產(chǎn)品。VXI個人儀器系統(tǒng)集中了智能儀器、GP-IB系統(tǒng)和內(nèi)插式個人儀器系統(tǒng)的很多優(yōu)點(diǎn),它的出現(xiàn)極大地影響了電子儀器的發(fā)展進(jìn)程。由于它還能充分發(fā)揮計算機(jī)的功能,運(yùn)用新的測量原理構(gòu)成虛擬儀器,因而VXI系統(tǒng)還有“未來儀器”和“未來系統(tǒng)”之稱。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.2 虛擬儀器虛擬儀器 8.2.1 虛擬儀器的原理及特點(diǎn)1. 虛擬儀器的概念虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C(jī)與必要的功能化硬件模塊結(jié)合起來

29、的一種儀器,用戶可以通過友好的圖形界面來操作這臺計算機(jī),就像操作自己定義,自己專門設(shè)計的一臺單個傳統(tǒng)儀器一樣,從而完成對被測控參數(shù)的采集、運(yùn)算與處理、顯示、數(shù)據(jù)存儲、輸出等任務(wù)。虛擬儀器通常由計算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分組成。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 儀器模塊的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn),通過編程在顯示屏上構(gòu)成波形發(fā)生器、示波器或數(shù)字萬用表等傳統(tǒng)儀器的軟面板；而波形發(fā)生器發(fā)生的波形、頻率、占空比、幅值和偏置,或者示波器的測量通道、標(biāo)尺比例、時基、極性、觸發(fā)信號（沿口、電平、類型）等都可用鼠標(biāo)或按鍵進(jìn)行設(shè)置,如同常規(guī)儀器一樣使用,不過,虛擬儀器具有更強(qiáng)的分析處理能力。隨著計算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器

30、技術(shù)的發(fā)展,用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統(tǒng)觀念正在改變, 而用戶自己設(shè)計、定義的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。同一臺虛擬儀器可在更多場合應(yīng)用,比如既可在電量測量中應(yīng)用,又可在振動、運(yùn)動和圖像等非電量測量中應(yīng)用,甚至在網(wǎng)絡(luò)測控中應(yīng)用。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器強(qiáng)調(diào)軟件的作用,提出“軟件就是儀器”的理念。它克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定而不能變動的缺陷,擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器再連成系統(tǒng)的模式,變?yōu)橛捎脩舾鶕?jù)自己的需要,通過編制不同的測控軟件來組合成各種虛擬儀器。其中許多功能直接就由用戶軟件來實(shí)現(xiàn),打破了儀器功能只能由廠家定義,用戶無法改變的模式。當(dāng)用戶的測控要求變化時

31、,可以方便地由用戶自己來增減軟、硬件模塊,或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足要求。所以虛擬儀器是由用戶自己定義、自由組合的計算機(jī)平臺、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. 虛擬儀器的組成虛擬儀器同智能儀器一樣,也是由硬件和軟件兩大部分組成的。下面就從這兩個方面介紹虛擬儀器的構(gòu)成。 1） 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機(jī)硬件平臺和測控功能硬件。計算機(jī)硬件平臺可以是各種類型的計算機(jī),如普通臺式計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、工作站、嵌入式計算機(jī)等。計算機(jī)管理著虛擬儀器的硬、軟件資源,是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。計算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲能力、處理性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)

32、等方面的發(fā)展,導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器不強(qiáng)調(diào)每一個儀器功能模塊就是一臺儀器,而是強(qiáng)調(diào)選配一個或幾個帶共性的基本儀器硬件來組成一個通用硬件平臺,通過調(diào)用不同的軟件來擴(kuò)展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的智能儀器一樣,虛擬儀器也可以劃分成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達(dá)三個部分。傳統(tǒng)的智能儀器是由廠家將上述三種功能的部件根據(jù)儀器功能按固定方式組建的,一般一種儀器只有一種功能或數(shù)種功能。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通用模塊組合起來,通過編制不同的測控軟件來構(gòu)成任何一種儀器,而不是某幾種儀器。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 例

33、如,激勵信號可先由微機(jī)產(chǎn)生數(shù)字信號,再經(jīng)D/A變換產(chǎn)生所需的各種模擬信號,這相當(dāng)于一臺任意波形發(fā)生器。被測信號經(jīng)過采樣、A/D變換成數(shù)字信號,再經(jīng)過處理,可以直接以數(shù)字顯示而形成數(shù)字電壓表一類儀器；也可以用圖形顯示而成為示波器類儀器；或者再對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析,即可形成頻譜分析類儀器。其中,數(shù)據(jù)分析與處理以及顯示等功能可以直接由軟件完成。這樣就擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器然后再連成系統(tǒng)的模式,而變成僅僅由計算機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器等帶共性的硬件資源和應(yīng)用軟件共同組成虛擬儀器的新理念。許多廠家已研制出多種用于構(gòu)建虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 一塊D

34、AQ卡即可以完成A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字I/O、計數(shù)器/定時器等多種功能,再配以相應(yīng)的信號調(diào)理組件以及GP-IB儀器、VXI總線儀器、PC總線儀器、帶有RS-232的串行口儀器、現(xiàn)場總線儀器等,形成現(xiàn)階段虛擬儀器的硬件平臺,如圖8-10所示。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-10 虛擬儀器硬件平臺 圖像采集(DSP)插入式DAQ卡GP-IB儀器卡VXI儀器卡串行口儀器卡現(xiàn)場總線設(shè)備采集處理測控對象信號處理數(shù)字濾波線性化頻譜分析統(tǒng)計分析圖形用戶接口文件I / O數(shù)據(jù)存儲顯示硬復(fù)制網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)分析結(jié)果表達(dá)第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-10中,GP-IB（General

35、 Purpose Interface Bus）通用接口總線,是計算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。GP-IB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 488.1和IEEE 488.2。它是最早的儀器總線,目前多數(shù)儀器都配置了遵循IEEE 488的GP-IB接口。典型的GP-IB測試系統(tǒng)包括一臺計算機(jī)、一塊GP-IB接口卡和若干臺GP-IB儀器。每臺GP-IB儀器有單獨(dú)的地址,由計算機(jī)控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換,只需對計算機(jī)的控制軟件作相應(yīng)改動。這種概念已被應(yīng)用于儀器的內(nèi)部設(shè)計。在價格上,GP-IB儀器覆蓋了從比較便宜的到異常昂貴的儀器。但是GP-IB的數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于500

36、 kb/s,不適合于對系統(tǒng)速率要求較高的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)接口總線的長度應(yīng)在20 m距離內(nèi)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 VXI（VMEbus eXtension for Instrumentation）即VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展,是1987年在VME總線、Eurocard標(biāo)準(zhǔn)（機(jī)械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)）和IEEE 488等的基礎(chǔ)上,由主要儀器制造商共同制定的開放性儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI 系統(tǒng)最多可包含 256個裝置,主要由主機(jī)箱、“0槽”控制器、具有多種功能的模塊儀器和驅(qū)動軟件、系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。系統(tǒng)中各功能模塊可隨意更換,即插即用組成新系統(tǒng)。目前,國際上有兩個VXI總線組織。 VXI聯(lián)盟,負(fù)責(zé)制定

37、VXI的硬件（儀器級）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,包括機(jī)箱背板總線、電源分布、冷卻系統(tǒng)、零槽模塊、儀器模塊的電氣特性、機(jī)械特性、電磁兼容性以及系統(tǒng)資源管理和通信規(guī)程等內(nèi)容。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 VXI總線即插即用(VXI Plug&Play,簡稱VPP)系統(tǒng)聯(lián)盟,其宗旨是通過制定一系列VXI的軟件（系統(tǒng)級）標(biāo)準(zhǔn)來提供一個開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),真正實(shí)現(xiàn)VXI總線產(chǎn)品的“即插即用”。這兩套標(biāo)準(zhǔn)組成了VXI標(biāo)準(zhǔn)體系,實(shí)現(xiàn)了VXI的模塊化、系列化、通用化以及VXI儀器的互換性和互操作性。VXI的價格相對較高,適合于尖端的測試領(lǐng)域。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 DAQ（Data AcQuis

38、ition）數(shù)據(jù)采集,指的是基于計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線（如ISA、PCI、PC/104等）的內(nèi)置功能插卡。它更加充分地利用計算機(jī)的資源,大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。利用DAQ可方便快速地組建基于計算機(jī)的儀器（ComputerBased Instruments），實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多型”和“一機(jī)多用”。 在性能上,隨著A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、儀器放大技術(shù)、抗混疊濾波技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)的迅速發(fā)展,DAQ的采樣速率已達(dá)到1 Gb/s,精度高達(dá)24位,通道數(shù)高達(dá)64個,并能任意結(jié)合數(shù)字I/O,模擬I/O、計數(shù)器/定時器等通道。儀器廠家生產(chǎn)了大量的DAQ功能模塊供用戶選擇,如示波器、數(shù)字萬用表、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號

39、分析儀、任意波形發(fā)生器等。在計算機(jī)上掛接若干DAQ功能模塊,配合相應(yīng)的軟件,就可以構(gòu)成一臺具有若干功能的儀器。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)基本硬件確定之后,要使虛擬儀器能按用戶要求自行定義,必須有功能強(qiáng)大的軟件平臺支持。早先的軟件開發(fā)環(huán)境很不理想,即使是用C、C+高級語言也會感到與高速測試及縮短開發(fā)周期的要求極不適應(yīng)。經(jīng)過大量工作,現(xiàn)在基于圖形的用戶接口和開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器軟件工作中最流行的發(fā)展趨勢。典型的軟件產(chǎn)品有NI公司的Lab VIEW（Laboratory Virtual Instrument Workbench,實(shí)驗室虛擬儀器工作平臺）；HP公司的

40、HP VEE和HP TIG；Tektronix公司的Ez-Test和TNS等,其中Lab VIEW應(yīng)用的影響最大。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器最核心的思想,就是利用計算機(jī)的軟件和硬件資源,使本來需要硬件或電路實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化和虛擬化,最大限度地降低系統(tǒng)成本,增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性。虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)如圖8-11所示。基于軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中的重要作用,從低層到頂層,虛擬儀器的軟件系統(tǒng)框架包括三個部分： VISA庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-11 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件儀器驅(qū)動程序VISA庫VXISerialGP-IB等第第8章章

41、 新型智能儀器新型智能儀器 （1）VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture）庫。VISA庫實(shí)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,一般稱這個I/O函數(shù)庫為VISA庫。它駐留于計算機(jī)系統(tǒng)之中,執(zhí)行儀器總線的特殊功能,是計算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，用來實(shí)現(xiàn)對儀器的控制。對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來說,VISA庫是一個可調(diào)用的操作函數(shù)庫或集合。 （2） 儀器驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序集合,是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動程序,儀器廠商將其以源代碼的形式提供給用戶,用戶在應(yīng)

42、用程序中調(diào)用儀器驅(qū)動程序。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） 應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上,直接面對操作用戶,通過提供直觀、友好的操作界面,豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能來完成自動測試任務(wù)。應(yīng)用軟件還包括通用數(shù)字處理軟件。通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號處理的各種功能函數(shù),如頻域分析的功率譜估計、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和細(xì)化分析等；時域分析的相關(guān)分析、卷積運(yùn)算、反卷運(yùn)算、均方根估計、差分積分運(yùn)算和排序等；濾波設(shè)計中的數(shù)字濾波等。這些功能函數(shù)為用戶進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬儀器的功能提供了基礎(chǔ)。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3. 虛擬儀器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器除了

43、在性能、易用性、用戶可定制性等方面具有更多優(yōu)點(diǎn)外,在工程應(yīng)用和社會經(jīng)濟(jì)效益方面也具有突出優(yōu)勢。一方面,目前我國高檔臺式儀器如數(shù)字示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等還主要依賴進(jìn)口,這些儀器加工工藝復(fù)雜,要求很高的制造技術(shù),國內(nèi)生產(chǎn)尚有困難。采用虛擬儀器技術(shù),可以通過只采購必要的通用數(shù)據(jù)采集硬件來設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)。另一方面,用戶可以將一些先進(jìn)的數(shù)字信號處理算法應(yīng)用于虛擬儀器設(shè)計,提供傳統(tǒng)臺式儀器不具備的功能,而且完全可以通過軟件配置實(shí)現(xiàn)多功能集成的儀器設(shè)計。因此,可以說虛擬儀器代表了未來測量儀器設(shè)計發(fā)展的方向。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 與傳統(tǒng)儀器比較,虛擬儀器還有許多其他優(yōu)點(diǎn)： (1）

44、 融合計算機(jī)強(qiáng)大的硬件資源,突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制,大大增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。(2） 利用了計算機(jī)豐富的軟件資源,實(shí)現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化,節(jié)省了物質(zhì)資源,增加了系統(tǒng)靈活性。通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法,實(shí)時、直接地對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理；通過圖形用戶界面(GUI)技術(shù),真正做到界面友好、人機(jī)交互。 (3） 基于計算機(jī)總線和模塊化儀器總線,儀器硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化,大大縮小了系統(tǒng)尺寸,可方便地構(gòu)建模塊化儀器（Instrument on a Card）。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器

45、(4）基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù),VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)(Connectivity)特性,該特性廣泛支持諸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。因此,利用VI技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)（ATS,Automatic Test System）,實(shí)現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。 (5）基于計算機(jī)的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu),虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。因此,用戶可根據(jù)自己的需要,選用不同廠家的產(chǎn)品,使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高,縮短了系統(tǒng)組建時間。(6） 研制費(fèi)用低而且部分軟、硬件可以重復(fù)利用,技術(shù)更新快（周期12年）。 第第8章章

46、 新型智能儀器新型智能儀器 8.2.2 Lab VIEW虛擬儀器開發(fā)平臺簡介1. Lab VIEW的功能Lab VIEW是美國NI公司研制的一個功能強(qiáng)大的虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺,是具有直觀界面、便于開發(fā)、易于學(xué)習(xí)且具有多種儀器驅(qū)動程序和工具的大型儀器系統(tǒng)開發(fā)工具。Lab VIEW基于圖形化編程語言G開發(fā)環(huán)境,它采用了工廠人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)等圖形化符號來代替基于文字的常規(guī)程序語言,把復(fù)雜煩瑣、費(fèi)時的語言編程簡化成簡單、直觀、易學(xué)的圖形編程,同傳統(tǒng)的程序語言相比,可以節(jié)省約80%的程序開發(fā)時間。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 這一特點(diǎn)也為那些不熟悉C、C+等計算機(jī)語言的開發(fā)者帶來了很大的方

47、便。Lab VIEW整合了GP-IB、VXI、PXI、RS-232C和RS-485以及數(shù)據(jù)采集卡DAQ等硬件通信的全部功能；它還提供了調(diào)用TCP/IP、Activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)及代碼接口節(jié)點(diǎn)等功能,方便了用戶直接調(diào)用由其他語言編制成的可執(zhí)行程序,使得Lab VIEW編程環(huán)境具有一定的開放性。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 Lab VIEW的基本程序單位是VI?？梢酝ㄟ^圖形編程的方法,建立一系列的VI,來完成用戶指定的測試任務(wù)。對于簡單的測試任務(wù),可由一個VI完成；對于一項復(fù)雜的測試任務(wù),則可按照模塊設(shè)計的概念,把測試任務(wù)分解為一系列的任務(wù),每一項的任務(wù)還可以分解為多項小任務(wù),直

48、至把一項復(fù)雜的測試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。設(shè)計時,先設(shè)計各種VI以完成每項子任務(wù),然后把這些VI 組合起來以完成更大的任務(wù),最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個包 括所有子功能虛擬儀器的集合。Lab VIEW可以讓用戶把自己創(chuàng)建的VI程序當(dāng)作一個VI子程序節(jié)點(diǎn),以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序,且這種調(diào)用是無限制的。Lab VIEW中各VI之間的層次調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖8-12所示?？梢?Lab VIEW中每一個VI 相當(dāng)于常規(guī)程序中的一個子程序。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-12 Lab VIEW層次調(diào)用結(jié)構(gòu)頂層V1中間層V1中間層V1中間層V1底層V1底層V1底層V1底層V1第第8章章 新型智能儀

49、器新型智能儀器 2. Lab VIEW的工作面所有的Lab VIEW程序,即虛擬儀器（VI）都包括前面板（Front Panel）、流程圖（Block Diagram）、圖標(biāo)/接口三部分。前面板用于設(shè)置輸入數(shù)據(jù)和觀察輸出量。由于程序前面板是模擬真實(shí)儀表前面板的,輸入量被稱為Controls,輸出量被稱為Indicators,因此,用戶可以使用許多圖標(biāo),如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等,來使前面板易懂易看。圖8-13是一個溫度計程序的前面板。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-13 前面板舉例(溫度計VI)溫度標(biāo)度deg Cdeg F溫度值0.025.050.075.0100.0第第8

50、章章 新型智能儀器新型智能儀器 每一個前面板都伴有一個流程圖（也叫程序框圖）。流程圖用圖形編程語言編寫,可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。框圖中的部件可以看成程序節(jié)點(diǎn)（Node）,如循環(huán)控制、事件控制和算術(shù)功能等。這些部件都用連線連接,以定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流方向。上述溫度計程序的流程圖如圖8-14所示。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-14 溫度計程序的流程圖檢波電壓讀數(shù)VI部件1通道0 電壓 讀數(shù)乘法器100.0減法器32.001.80除法器溫度標(biāo)度TF？DBL溫度值選擇第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖標(biāo)/接口部件可以讓用戶把VI程序變成一個對象（VI子程序）,然后在其他VI

51、程序中像子程序一樣地調(diào)用。圖標(biāo)表示在其他程序中被調(diào)用的子程序,而接線端口表示圖標(biāo)的輸入輸出口。就像子程序的參數(shù)端口一樣,它們對應(yīng)著VI程序前面板的控制量和指示量的數(shù)值。圖8-15為溫度計VI程序的圖標(biāo)和接線端口。接線端口一般情況下隱含不顯示,除非用戶選擇打開看它。Lab VIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu),用戶可以把創(chuàng)建的VI程序當(dāng)作子程序調(diào)用,以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序,而這種調(diào)用階數(shù)是無限制的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-15 溫度計VI程序的圖標(biāo)及端口Temp圖標(biāo)引線接線端口溫度模式第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3. Lab VIEW模板Lab VIEW具有圖形化

52、的可移動的工具模板,用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序。它共有三類模板： 工具（Tool）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。以下簡要介紹這三類模板。 1） 工具模板工具模板用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序。如果該模板沒有出現(xiàn),則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette功能以顯示該模板。工具模板包含有10種工具。限于篇幅,對每種工具的功能不作介紹。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后,鼠標(biāo)箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 控制模板用控制模板可以給前面板增加輸入控制量和輸出指示量?？刂颇０逯忻總€圖標(biāo)代表一個子模板,它包括9個子模

53、板。只有打開前面板窗口時才能調(diào)用控制模板。 3） 功能模板功能模板包括16個子模板。功能模板用來創(chuàng)建框圖程序,模板上每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。只有打開了框圖程序窗口,才能出現(xiàn)功能模板。若功能模板不出現(xiàn),可用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 4. 用Lab VIEW創(chuàng)建一個VI程序的方法下面介紹用Lab VIEW創(chuàng)建一個VI程序的方法。 1） 創(chuàng)建前面板當(dāng)構(gòu)建一個虛擬儀器前面板時,只需從控制模板中選取所需的輸入控制部件和輸出指示部件（包括數(shù)字顯示、表頭、LED、圖標(biāo)、溫度計等）即可?？刂撇考怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程

54、序的方法；而指示部件則顯示程序執(zhí)行后產(chǎn)生的結(jié)果?？刂坪椭甘静考性S多種類,可以從控制模板的各個子模板中選取。兩種最常用的數(shù)字對象是數(shù)字控制部件和數(shù)字指示部件。若要在數(shù)字控制部件中輸入或修改數(shù)值,只需要用工具模板中的操作工具點(diǎn)擊控制部件的增減按鈕,或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 例如,從控制模板的圖形（Graph）子模板中選取波形圖表（Waveform Chat）這個指示部件后,當(dāng)VI全部設(shè)計完成之后,就能使用前面板。通過點(diǎn)擊一個開關(guān),移動一個滑動旋鈕或從鍵盤輸入一個數(shù)據(jù)來控制系統(tǒng)。前面板為用戶建立了直觀形象,使用戶感到如同在傳統(tǒng)儀器面前一樣。

55、 2） 編排框圖程序（流程圖）框圖程序是指用圖形編程語言編寫程序的界面,用戶可以根據(jù)指定的測控方案通過功能模板的選項,選擇不同的圖形化節(jié)點(diǎn)（Node）,然后用連線的方法把這些節(jié)點(diǎn)連接起來,即可構(gòu)成所需要的框圖程序。功能模板的16個子模板中,每一個又包含了很多個選項。這里的功能選項不僅包含一般語言的基本要素,還包括了大量與文件I/O、數(shù)據(jù)采集、GP-IB及串口控制有關(guān)的專用程序塊。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 節(jié)點(diǎn)是程序執(zhí)行的元素,類似于文本語言程序的語句、函數(shù)或者子程序。Lab VIEW共有4種節(jié)點(diǎn)類型： 功能函數(shù)、子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口節(jié)點(diǎn)（CINS）。功能函數(shù)是內(nèi)置節(jié)點(diǎn)，用于進(jìn)行一

56、些基本操作,例如數(shù)值相加、文件I/O、字符串格式化等；子程序節(jié)點(diǎn)是以前創(chuàng)建的程序,然后在其他程序中以子程序方式調(diào)用；結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)用于控制程序的執(zhí)行方式,例如For循環(huán)控制,While 循環(huán)控制等；代碼接口節(jié)點(diǎn)（CN）是框圖程序與用戶提供的C語言文本程序的接口。圖8-16所示的框圖程序中表示VI程序有兩個功能函數(shù)節(jié)點(diǎn),一個函數(shù)使兩數(shù)相加,另一個函數(shù)使兩數(shù)相減。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-16 框圖程序例子DBLADBLB加法器控制端口Add減法器SubtractDBLABDBLAB節(jié)點(diǎn)框圖窗口指示端口第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸

57、的接口,以及在框圖程序的節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌?。端口類似于參?shù)和常數(shù)。有兩種類型的端口： 控制或指示端口以及節(jié)點(diǎn)端口?？刂苹蛑甘径丝谟糜谇懊姘?當(dāng)程序運(yùn)行時,從控制部件輸入的數(shù)據(jù)就通過這些端口傳送到框圖程序；當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后,輸出數(shù)據(jù)就通過這些端口從框圖程序送回到前面板的指示部件。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除控制、指示部件時,可以自動創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的控制、指示端口。圖8-16的框圖程序中表明有兩個控制部件端口、兩個指示部件端口,同時在框圖程序中Add和Subtract功能函數(shù)在圖標(biāo)下面隱含著節(jié)點(diǎn)端口。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3） 連線連線是端口間的數(shù)據(jù)通道,它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向

58、流動的,從源端口向一個或多個目的端口流動。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型。在彩色顯示器上,每種數(shù)據(jù)類型還以不同顏色予以強(qiáng)調(diào)。表8-1中列出了一些通用線型。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 表8-1 通用線型 標(biāo) 量 一維數(shù)組 二維數(shù)組 顏色 數(shù)值量 - - - - - - - - = = = 橙色（浮點(diǎn)數(shù)）藍(lán)色（整數(shù)） 邏輯量 . .綠色 字符串 紫色 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 用鼠標(biāo)箭頭指示表示接線點(diǎn)位置。連線點(diǎn)（Host Spot）是連線工具的線頭部分。當(dāng)需要連接兩個端點(diǎn)時,在第一個端點(diǎn)上點(diǎn)擊工具模板中的連線工具,然后移動到另一個端點(diǎn),再點(diǎn)擊第二個端點(diǎn),端點(diǎn)的先后次序不影響

59、數(shù)據(jù)流動的方向。當(dāng)把連線工具放到端點(diǎn)上時,該端點(diǎn)區(qū)域?qū)W爍,表示連線將會接通該端點(diǎn)；當(dāng)把連線工具從一個端口接到另一個端口時,不需要按住鼠標(biāo)鍵；當(dāng)需要連線拐彎時,點(diǎn)擊一次鼠標(biāo)鍵,即可以按正交垂直方向彎曲連線,按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方向。接線頭（Tip Strips）是為了幫助端口的連線位置正確。當(dāng)把連線工具放到端口上時,接線頭就會彈出。接線頭還有一個黃色小表示框,顯示該端口的名字。第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 4） 從框圖程序窗口創(chuàng)建前面板對象對任意的Lab VIEW工具,都可以用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊任意的Lab VIEW功能函數(shù)或者子程序,然后可以彈出“創(chuàng)建常數(shù)”,“創(chuàng)建控制”或“創(chuàng)建指示”

60、等選擇菜單。如果用的是連線工具,產(chǎn)生的常數(shù)、控制或者指示部件還會自動地與所點(diǎn)擊部件接好連線。5. VI程序的調(diào)試調(diào)試VI程序的方法如下： 1） 數(shù)據(jù)流編程第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 控制Lab VIEW程序的運(yùn)行方式叫做“數(shù)據(jù)流”。對一個節(jié)點(diǎn)而言,只有當(dāng)它的輸入端口上的數(shù)據(jù)都被提供以后,它才能被執(zhí)行。當(dāng)節(jié)點(diǎn)程序運(yùn)行完畢后,它把結(jié)果數(shù)據(jù)送給所有的輸出端口,并且數(shù)據(jù)很快從源送到目的端口。“數(shù)據(jù)流”與常規(guī)程序的“控制流”相類似,相當(dāng)于控制程序一步一步地執(zhí)行。2） 找出錯誤如果一個VI程序不能執(zhí)行,則在前面板上的運(yùn)行按鈕將會出現(xiàn)一個折斷的箭頭。要列出錯誤清單,則點(diǎn)擊斷箭的運(yùn)行按鈕,再點(diǎn)擊任何一個所列