虚拟仪器总线发展和应用
27年前,美国国家仪器公司ni(national instruments)提出“软件即是仪器”的概念,推出了labview直观的流程图编程风格的软件开发和运行平台,引发了测控技术领域的一场重大变革,使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域,开启了虚拟仪器(vi)的先河。
虚拟仪器可以充分利用现有计算机资源,配以独特设计的软硬件,实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。它依赖软件,通过计算机来控制测试硬件、分析和提供测试数据。由于没有专门的前面板、显示器和电源,其硬件通常在pc或vxi/cpci主机中,所有仪器面板和显示器都在监视器上模拟,所以称为虚拟仪器。虚拟仪器不但功能多样、测量准确,而且界面友好、操作简易,与其它设备集成方便灵活。虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。用户可以根据不同要求,设计自己的仪器系统,满足多样的应用需求。其特点是价格适中、功能强、测试速度快、可重组。有趋势表明,虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品,成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心,并成为机器人的核心技术。
目前,虚拟仪器有两类。一类基于pc,它是由pc、能插入pc机箱的插卡或模块和相关测试软件(如labview)所构成。采用这种结构能构成基于pc的示波器、任意波形发生器、波形分析仪、函数发生器、逻辑分析仪、电压表和数据采集产品。另一类基于vxi或cpci/pxi专用系统,采用这种结构能构成用于生产测试的高性能专用测试系统、数据采集系统和自动测试设备(ate)。
插卡型虚拟仪器 :isa、pcmcia、pci
基于通用pc的硬件,可以利用pc机组建成为灵活的虚拟仪器,是现在比较流行的虚拟仪器系统。这种方式借助于插入pc机或工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合,完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及系统软件的便利,其关键在于a/d转换技术。
插卡类型有isa卡、pcmcia卡和pci卡等多种类型。随着计算机的发展,isa型插卡已经逐渐退出舞台。pcmcia卡由于受到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。而pci总线正在广泛使用,已经成为pc的事实标准。它是一种同步的独立于cpu的32位或64位局部总线,时钟频率为33mhz,数据传输率高达132~264mbps,pci总线技术的无限读写突发方式,可在一瞬间发送大量数据。pci总线上的外围设备可与cpu并发工作,从而提高了整体性能。pci总线还有自动配置功能,从而使所有与pci兼容的设备实现真正的“即插即用”(plugplay)。
由于插卡型仪器多数没有抗混滤波器且分时采样,特别要注意混叠现象和通道间相位差。因个人计算机数量非常庞大,插卡式仪器价格最便宜,因此其用途广泛,特别适合于教学部门和各种实验室使用。目前仍有强大的生命力。
外挂型虚拟仪器:rs232串口总线、usb通用串口总线、ieee 1394总线
虚拟仪器系统采用的总线包括传统的rs232串行总线、usb通用串行总线和ieee 1394总线(即firewire,也叫做火线)。 rs232总线是pc机早期采用的串行总线,技术成熟,应用广泛,至今仍然适用于要求较低的虚拟仪器或测试系统。近年来,usb总线得到广泛的支持,微软的全系列操作系统均支持usb。但是,usb总线也只限于用在较简单的测试系统中。用虚拟仪器组建自动测试系统,更有前途的是采用ieee1394串行总线,这是因为这一种高速串行总线,能够以100、200或400mb/s的速率传送数据,显然会成为虚拟仪器发展最有前途的总线。目前国际上虚拟仪器所用ieee 1394总线的传站速度已经达到100mb/s。
利用pc机的各种串口通讯,可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上,软件装在pc机上,通常可以完成各种虚拟仪器的功能。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连,方便野外作业。又可与台式pc机或工控机相连,实现台式和便携式两用,非常方便。特别是usb口和1394口具由于传输速度快、可以热插拔、联机使用方便的特点,很有发展前途,将成为未来虚拟仪器有巨大发展前景和广泛市场的主流平台。通过各种不同的接口总线,可以组建不同规模的自动测试系统。它可以借助
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