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第 1 页 虚拟仪器数据采集应用论文 特征码 tdGeclCBOuBUPXpvbxwH XI 总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的 硬件 方案 3 种。VXI 仪器模块又称为器件（devices） 。VXI 有 4 种器 件：寄存器基器件、消 息基器件、存储器器件和扩展器件。存 储器器件不过是专用寄存器基器件，用来保存和传输 大量数据。 扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。将 VXI 仪器制作成寄存器 基器件，还是消息基器件是首先要做出的决 策。寄存器基器件的通信情况极像 VME 总线器件 ，是在低层用 二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件完 全是在 直接 硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信 可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件适用于 虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/ 模转换输出 卡、模/ 数转换输入卡、信号调理等） 。消息基器件与寄存器基器件不同， 他在高层次上用 A SCII 字符进行通信，与这种器件十分相似是 独立 HPIB 仪器。消息基器件用一组意义 明确的 “字串行协议” 第 2 页 相互进行通信，这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数 据所需的挂钩 要求。消息基器件必须有 CPU（或 DSP）进行管 理与控制。因此，消息基器件适用于虚拟仪器 中数字信号处理 部分的模块。 软件的开发与设计包括 3 部分：VXI 总线接口软件、仪器 驱动软件和应用软件（软面板） 。软件结构如图 1 所示。 VXI 总线接口软件由零槽控制器提供，包括资源管理器、资 源编辑程序、交互式控制程序和 编程函数库等。该软件在编程 语言和 VXI 总线之间建立连接，提供对 VXI 背板总线的控制和 支 持，是实现 VXI 系统集成的基础。 仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件 程序，也即模块的驱动软件，他 的设计必须符合 VPP 的 2 个规 范，即 VPP3.1仪器驱动程序结构和模型和 VPP3.2仪器 驱动程序设计规范 。 “软面板”设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人 性化的面板，这个面板应不 仅同传统仪器面板一样具有显示器、 LED、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装 置等功 能部件，而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。 第 3 页 2 虚拟仪器在数据采集中的应用 利用虚拟仪器制作数据采集器可以按照硬件设计、软件设 计两个步骤来完成。 2.1 硬件设计 硬件设计要完成以下内容： 1)模/数转换及数据存储 设置具有通用性的数据自动采集系统，一般应满足能对多 路信号尽可能同步地进行采集， 为了使所采集到的数据不但能 够在数据采集器上进行存储，而且还能及时地在采集过程中 将 数据传送到上位机，选用存储量比较适中的先进先出存储器， 这样既能满足少量数据存储 的需要，又能在需要实时传送数据 时，在 A/D 转换的同时进行数据传送，不丢失任何数据。)VXI 总线接口 VXI 总线数据采集器通常可以利用两种 VXI 总线通用接口 消息基接口和寄存器基接口。消 息基接口的作用是通过总线传 送命令，从而控制仪器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄 第 4 页 存器简单的读写来控制仪器硬件的操作。利用消息基接口进行 设计，具体消息基接口的框图见图 2。 3)采样通道控制 为了满足几种典型系统通道控制的要求，使通道的数量足 够多，通道的选取比较灵活，可以利用寄存器电路、可预置计 数器电路以及一些其他逻辑电路的配合，将采样通道设计成最 多 64 路、最少 2 路可以任意选择，而且可以从任意一路开始采 样，也可以到任意一路结束采样，只要截止通道号大于起始通 道号就可以了。整个控制在虚拟仪器软面板上进行操作，通过 消息基接口将命令写在这部分的控制寄存器中，从而设置计数 器的初值以及采样的通道总数。 4)定时采样控制 由于不同的自动测试系统对采样时间间隔的要求不同，以 及同一系统在不同的试验中 需要的采样时间间隔也不尽相同， 故可以采用程控的方式将采样时间间隔设置在 2 s13. 0 ms 之间任意选择，可以增加或减少的最小单位是 2 s。所有这 些选择设置可以在虚拟仪器软面板上进行。 5)采样点数控制 第 5 页 根据不同测试系统的需求，将采样点数设计成可在一个比 较大的范围中任意选择，该选择同样是在软面板上进行。 6)采样方式控制 总结各种自动测试系统的采样方式不外乎软件触发采样和 硬件 触发采样。在硬件触发采样中又包括同步整周期采样和非 同步整周期采样，这 2 种采样又可 以是定时进行的或等转速差 进行的。所有这些采样方式，对于数据采集器来说都可以在软 面 板上进行选择。 2.2 软件设计 软件是虚拟仪器的关键，为使 VI 系统结构清晰简洁，一般 可采用组件化设计思想，将各部分彼此独立的软件单元分别制 成 标准的组件，然后按照系统的总体要求组成完整的应用系统， 一个标准的组件化的虚拟仪器软件系统，如图 3 所示。 应用软件为用户提供了建立虚拟仪器和扩展其功能的必要工具， 以及利用 PC 机、工作站的 强大功能。同时 VPP 联盟提出了建 第 6 页 立虚拟仪器标准结构库（VISA）的建议，为虚拟仪器的研 制与 开发提供了标准。这也进一步使由通用的 VXI 数据采集模块、 CPU/DSP 模块来构成虚拟仪 器成为可能。 基于虚拟仪器的数据采集器的软件包括系统管理软件、应 用程序、仪器驱动软件和 I/O 接 口 软件。以往这 4 部分需要 用户自己组织或开发，往往很困难，但现在 NI 公司提供了所有 这 四部分软件，使应用开发比以往容易得多。 下面简单介绍以 NI 公司的 Lab WindoMIT 事件。通过 Get User Event 函数过滤，将所有的 COMMIT 事件区分开，识别 出 是由哪个控制项所产生的事件，并执行相应的处理。 第三步：应用函数/VI 集与应用程序软件包编写。应用函 数/VI 集需针对具体仪器模块 功能进行编程，应用程序软件包 只是一些功能强大、需要完善的数据处理能力的模块才需要 提 供，如波形分析仪模块、DSP 模块等。 3 结语 本文探讨了虚拟仪器的基本组成，以及实际的虚拟仪器软 硬件设计的一般方法，这些方法经过实际设计工作运用证明是 第 7 页 可靠的，可供系统工程技术人员在组建具体的基于 VXI 总线的 虚拟仪器数据采集、测试时参考使用。 参考文献 1赵勇.虚拟仪器软件平台和发展趋势J.国外电子测 量技术,20XX,(1) 2陈光禹.VXI 总线测试平台M.北京：电子科技大学 出版社,1996 3孙昕，张忠亭，薛长斌.集成 VXI 总线自动测试系统的 方法J.测控技术,1996,15(4) 4张毅刚，彭喜元，姜宁达，等.自动测试系统M.哈 尔滨：哈尔滨工业大学出版社,20XX 5汪红.基于组件的虚拟仪器软件系统J.微型计算机 信息,20XX,( 1)：76-77 第 8 页