1、第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术 9.1 智能仪器智能仪器 9.2 虚拟仪器虚拟仪器 9.3 自动测试系统自动测试系统 本章小结本章小结 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.1 智能仪器智能仪器 l9.1.1 智能仪器的特点 l9.1.2 智能仪器的基本组成与工作原理 l9.1.3 S-100和STD总线 l9.1.4 智能仪器的设计 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.1.1 智能仪器的特点智能仪器的特点 功 。

2、能较多 ， 应用极其广泛 。
面板控制采用数量有限的单触点功能键和数字键输入 各种数据及控制信息 ， 按键还可以一键多用 ， 甚至能通过一 定的键序进行编程 ， 从而使得仪器的使用非常方便 ， 极其灵 活而多样化 。
面板显示可以采用各种数码显示器件 。
常带有GPIB通用接口 ， 有完善的远程输入/输出能力 。
除了能通过接口电路接入自动测试系统中之外 ， 仪器 本身具备一定的自动化能力 。
利用微处理器执行精密的测量算法 ， 从获得较高的性 价比 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.1.2 智能仪器的基本组成与工作原理智能仪器的基本组成与工作原理 1智能仪器的基本工作原理 （1）微机 。

3、内藏式 。
它是将单片或多片的微机芯片与 仪器有机地结合在一起而构成的测量仪器 。
微机芯片在 其中起控制及数据处理等作用 。
图9-1所示为微机内藏式 的结构框图 。
可见 ， MPU（微处理器）为仪器的核心 ，它通过总线及接口电路与输入/输出通道、仪器面板及仪 器内存相连 。
EPROM及RAM组成的仪器内存保存仪器 所用的监控程序、应用程序及数据 。
中断申请可使仪器 能够灵活反应外部事件 。
仪器的输入信号要经过输入通 道进行预处理后才能进入微机 。
输入通道包括放大器、 抗干扰滤波器、多路转换器、采样/保持器、低通滤波器 等部分 。
仪器的数字输出可与CRT屏幕显示器相接 ， 也 可与外存储器、X-Y绘图仪或微型打印机相接以获 。

4、得硬拷 贝 。
外部通信接口用于沟通本仪器与外部系统 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 图图9-1 微机内藏式智能仪器工作原理框图微机内藏式智能仪器工作原理框图 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （2）微机扩展式 。
它是以个人计算机（PC）为核 心的应用扩展型测量仪器 。
由于PC的应用已十分普遍 ，其价格不断下降 ， 因此从20世纪80年代起就开始给PC配 上不同的模拟通道 ， 让它能够符合测量仪器的要求 ， 并 把它取名为个人计算机仪器（PCI） 。
PCI的优点为使用 灵活 ， 应用范围广泛 ， 可以使仪器方便地利用PC已有的 各种 。

5、功能 ， 如可以用CRT显示测量结果 ， 利用PC已有的 硬盘、打印机及绘图仪等获取硬拷贝 。
更重要的是PC的 数据处理功能强 ， 内存容量远大于微机内藏式 ， 因而 PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理 。
此外 ， 还可 以充分利用PC本身已有的各种软件 。
图9-2所示为个人计算机仪器的原理框图 。
与PCI相 匹配的模拟通道有两种类型 ， 一种是插板式 ， 即将所配 用的模拟量输入通道以印刷板（PCB）的插板形式直接 插入PC机箱内的空槽中 ， 此法最方便 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 图图9-2 个人计算机仪器的原理框图个人计算机仪器的原理框图 第第9 9章章 现代电子测量技 。

6、术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 插件箱式是将各种功能插件集中在一个专用的机箱中 ，机箱备有专用的电源 ， 必要时也可有自己的微机控制器 ，这种结构适用于多通道、高速数据采集或一些特殊要求的 仪器 。
随着硬件的完善 ， 标准化插件不断增多 ， 如果能够 实现模块化组合 ， 则组成PCI的硬件的工作量有可能减少 ，从计算机的角度看 ， 不同的测量仪器 ， 其区别仅在于应用 软件的不同 。
在研究个人计算机仪器的结构时 ， 总要遇到总线问题 。
总线是微型计算机各种信息进行交换或传输时的公共通道 。
在总线中通道都是分类安排的 ， 如果分类一致 ， 而且在总 线的机械结构的安排上也能相互协调 ， 这使得个人计算机 仪器之间的信息交 。

7、换 ， 以及部件的互换性及兼容性等具有 较大的灵活性 ， 使智能仪器的应用更加广泛 。
因此 ， 在总 线方面各种企业标准或国际标准正在不断发展 ， 以适应多 方面的需要 。
总线按其应用可分为外总线及内总线两大类 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2外总线 外总线又称通信总线 ， 它用于微型计算机仪器与外部系 统之间的通信联系 。
RS-232C串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接 口 ， 它以串行方式传送信息 ， 是用于数据通信设备（DCE） 和数据终端设备（DTE）之间的串行接口总线 。
接口标准包 括机械特性、功能特性和电气特性等内容 。
RS-232C串行接口总线的通信距离不大 。

8、于15m；传送速 率最大为20Kb/s；负逻辑关系（电平“1”：15V5V； 电平“0”：+5V+15V） 。
由于TTL电平的“1”和“0”分别为3.4V和0.4V ， 因此采 用RS-232C总线进行串行通信时需外接电平转换电路 。
在发 送端用驱动器将TTL电平转换成RS-232C电平 ， 在接收端用 接收器将RS-232C电平再转换成TTL电平 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 3内总线 内总线又称为板间总线或系统总线 ， 它是微机系 统内部各印刷板插件之间的通信通道 。
从功能上可分 为数据总线、地址总线及控制总线三种 ， 如图9-3所示 。
图图9-3 智能仪器内 。

9、总线系统示意图智能仪器内总线系统示意图 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.1.3 S-100和和STD总线总线 1S-100总线 S-100总线源于美国MITS公司所生产的Altair微型机中 所用的总线 。
可适用于各种8位及16位微机 ， 可以支持高 达16Mb的存储器及64Kb的输入/输出端口 ， S-100总线共 100条线 ， 可分为9组 。
16条数据线 。
即DI0DI7和DO0DO7 。
24条地址线 。
即A0A23 。
8条状态线 。
这8条状态线都是用小写字母s开头的 ，用于说明总线周期的类型 。
5条控制输出线 。
这5条控制输出线都是用小写字母 p开头的 ， 用于 。

10、总线周期的定时和数据选通 。
这5条控制输 出线是：pSYNC、pSTVAL、pDBIN、pWR和pHLDA 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 6条控制输入线 。
从设备向主设备发出请求信号的控 制线 ， 这6条控制输入线分别是RDY、XRDY、INT、NMI、 HOLD、SIXTN 。
8条DMA 。
直接存储器访问（Direct Memory Access） ， 与保持请求信号的HOLD、保持响应信号的 PHL-DA配合使用 ， 可用于管理多个暂时性主设备提出的 控制总线的要求 ， 以及实现总线控制权的转移 。
这8条 DMA控制线是：DMA0、DMA1、DMA2、DMA3、A 。

11、DSB、 DODSB、SDSB和CDSB 。
其中DMA0DMA3这4条线用 于表示16个暂时性主设备的优先权编码 。
8条矢量中断线 。
与INT配合 ， 用来管理8级中断请 求优先权 。
电源线和地线共9条 。
其他用途的信号线16条 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2STD总线 （1）STD总线的特点 STD总线模板上的元器件都要经过严格的检验和 测试 ， 因此 ， PRO-LOG公司的STD总线产品平均无故障 间隔可达数十年 。
STD总线采取了兼容开放式结构 ， 该总线支持 Intel公司的80/85系列、Motorola公司的68系列、Zilog公 司的Z80系列和 。

12、美国国家半导体公司的NSC800系列 。
STD总线可灵活地扩充、升级 ， 而原有的结构、器件仍可 被利用 ， 这有效地避免了因系统升级换代或更换CPU的 类型而需要更换总线结构所造成的重复投资 ， 大大提高 了系统生存周期的延续性 。
STD总线采用了小板结构 ， 它的所有模板的标准 尺寸为165.5mm114.3mm 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 STD总线采取了开放式的系统结构 。
STD模板的 设计非常标准 ， 信号流向基本上都是由总线驱动的：从 总线到功能模块 ， 从总线到I/O驱动输出 。
另外 ， 由于总 线端与I/O端放在模板的两端 ， 防止了总线信号与I/O信号 之间的 。

13、相互干扰 。
STD总线产品在国际上有近千种 ， 各种工业控制 所需的功能模板几乎应有尽有 ， 这为用户应用STD总线 产品设计工业控制系统提供了极大的方便 。
STD的开发软件STD-DOS是由STD总线的硬件和 MS-DOS固化操作系统组成的开发系统 。
该系统可以与 IBM-PC/XT/AT及其兼容机的各种机型组成STD总线产品 应用软件的开发环境 。
用户可以在PC上利用其丰富的软、 硬件资源 ， 开发目标系统的应用软件 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （2）STD总线规范 STD总线定义了八位微处理器的总线标准 ， 可 以容纳各种通用八位微处理器 。
STD总线规范 。

14、对模板的尺寸、总线连接器和引 脚分配、信号定义和电气标准等都做了规定 ， 还规 定了读/写时序和持续时间等参数 。
STD总线共56根引线 ， 按功能可分为5组： 逻辑电源线 ， 6根 ， 引脚16； 数据总线 ， 8根 ， 引脚714； 地址总线 ， 16根 ， 引脚1530； 控制总线 ， 22根 ， 引脚3152； 辅助电源线 ， 4根 ， 引脚5356 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.1.4 智能仪器设计智能仪器设计 主要包含方案设计、硬件设计、软件设计和系统调试 四个步骤 。
1方案设计 选择总体方案 。
总体方案是指针对提出的任务、 要求和条件 ， 从全局出发采用具有一定功能的 ， 由若干单。

15、元电路构成一个完善的整机 ， 去实现各项功能 。
根据总体方案设计出各单元电路 。
各单元电路必 须满足性能和技术指标要求 ， 再根据单元电路选择微处理 器、单片机和各种元器件 ， 尤其要重点考虑大规模、超大 规模集成电路的选择 。
硬件和软件功能划分要明确 。
智能仪器的硬件和 软件要进行统一的规划 。
这是因为同一种功能既可以由硬 件实现 ， 又可由软件实现 ， 最后应根据性价比进行综合确 定 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2硬件设计 硬件设计主要包括以下几个方面 。
微处理器、单片机电路设计 。
扩展电路设计 。
主要包括程序存储器、数据存储器、 I/O接口电路和其他功能器件扩展电 。

16、路等 。
输入/输出通道设计 。
主要包括传感器电路、各种放 大电路、多路开关、A/D转换器、D/A转换器、开关参量接 口电路、驱动及执行机构等 。
控制面板设计 。
主要是实现人机对话的功能 ， 如开 关、按键、键盘、显示器、语音电路及报警电路等 。
根据智能仪器的应用环境条件 ， 确定采用何种措施 防止干扰和进行保护等 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 3软件设计 在智能仪器设计中 ， 软件设计占有重要的地位 。
重点要确定软件所要完成的任务 ， 根据任务确定软件 结构 。
智能仪器应用程序通常采用顺序编写法 ， 即按 照程序执行的流程进行顺序编写 。
一个系统程序一般 由主程序和若干中 。

17、断服务程序组成 ， 要根据系统中各 个操作的性质规定主程序完成哪些操作 ， 中断服务程 序完成哪些操作 。
智能仪器应用系统的软件应尽量采 用标准化、模块化、子程序化 。
在做具体程序设计时 ， 常采用模块化结构 ， 即将 功能完整、长度较长的程序分解成若干个相对独立、 长度较小的模块 ， 然后分别进行编写、调试 。
主程序 和中断服务程序一旦需要 ， 则进行调用 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 4系统调试 调试工作通常按以下三个步骤进行 。
硬件调试 。
对硬件电路进行脱机检查 ， 看连线是否 与逻辑图一致 ， 有无短路、虚焊等现象 。
器件的型号、规 格、极性是否有误 ， 插接方向是否正确 。
检查完 。

18、毕可用万 用表测量一下电路正负电源端之间的电阻 ， 排除电源短路 的可能性 。
软件调试 。
软件调试必须在开发系统的支持下进行 。
先分别将各个模块程序调试通过后 ， 再调试中断服务程序 ，最后调试主程序 ， 将各部分联调 。
软硬件联调 。
在软件、硬件分别调试成功的基础上 ，进行软硬件联机仿真 ， 当仿真成功后 ， 将应用程序写入 EPROM中 ， 即可脱机运行 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.2 虚拟仪器虚拟仪器 l9.2.1 虚拟仪器的概念 l9.2.2 虚拟仪器的基本组成与分类 l9.2.3 虚拟仪器的特点与应用 l9.2.4 虚拟仪器总线 第第9 9章章 现代电子测 。

19、量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.2.1 虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念 1虚拟仪器 所谓虚拟仪器（VI） ， 就是用户在通用计算机平台上 ，根据需求定义和设计仪器的测试功能 ， 使得使用者在操作 这台计算机时 ， 就像是在操作一台他自己设计的测试仪器 一样 。
虚拟仪器以透明的方式把计算机资源和仪器硬件的 测量、控制能力结合在一起 ， 通过软件实现对信号的分析 处理、表达及图形化用户接口等 ， 其内部功能划分如图9-4 所示 。
虚拟仪器的独特优点是在必要的数据采集硬件和通 用计算机支持下 ， 通过软件来实现仪器的部分或全部功能 。
应用程序将可选硬件和可重复使用的原码库函数等软件结 合在一起 ， 实现了仪器 。

20、各模块之间的通信、定时与触发 。
原码库函数为用户构造自己的VI系统提供了基本的软件模 块 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 图图9-4 虚拟仪器内部功能划分示意图虚拟仪器内部功能划分示意图 原码库函数为用户构造自己的VI系统提供了基本的软件 模块 。
由于VI的模块化、开放性和灵活性 ， 以及软件是其 核心等特点 ， 当用户的测试要求变化时 ， 可以方便地由用 户自己来增减软件或硬件模块 ， 或重新配置现有系统以满 足新的测试要求 。
虚拟仪器概念的出现 ， 打破了传统仪器 由厂家定义 ， 用户无法改变的工作模式 ， 使得用户可以根 据自己的需求 ， 设计自己的仪器系统 ， 在测试系统和仪器 。

21、 设计中尽量使用软件代替硬件 ， 充分利用计算机技术来实 现和扩展传统测试系统与仪器的功能 。
“软件就是仪器软件就是仪器” 是虚拟仪器概念最简单 ， 也是最本质的表述 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 测试仪器的种类很多 ， 功能也各不相同 。
但不论是 何种仪器 ， 其组成都可以概括为信号采集与控制单元、 信号分析与处理单元、结果表达与输出单元三个部分 。
由于传统仪器的这些功能单元基本上以硬件的形式存在 ，因此只能由生产厂家来定义、设计和制造 。
从理论上讲 ，在通用计算机平台上增加必要的数据采集与控制硬件 ，就已经具备了构成测试仪器的基本条件 ， 关键是根据仪 器的具体要求 。

22、设计开发出包括数据采集、控制、分析 。
需要特别指出的是 ， 虚拟仪器实质上是一种创新的 仪器设计思想 ， 而非一般具体的仪器 。
也就是说虚拟仪 器可以有各种各样的形式 ， 完全取决于实际的物理系统 和构成仪器数据采集单元的硬件类型 。
但是有一点是相 同的 ， 就是虚拟仪器离不开计算机的控制 ， 软件是虚拟 仪器设计中最重要 ， 也是最复杂的部分 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2软件的功能 市场上的图形化VI框架有NI公司的Lab VIEW和 Agilent公司的VEE 。
应当指出 ， 图形化开发环境与图形化 VI框架是不同的 ， 其主要区别在于使用VI组件进行开发时 ，具有重复使用 。

23、原码模块的能力 ， 而后者的这些原码模块必 须具有被其他原码模块继承性调用的能力 。
仪器硬件接口又叫仪器驱动程序 ， 是控制特定仪器的 软件模块 ， 它现在已经成为应用软件包的标准组成部分 。
这些驱动程序可以实现对特定仪器的控制与通信 ， 成为用 户建立VI系统的基础软件模块 。
除仪器硬件接口是VI应用软件的标准模块之外 ， 用户 接口开发工具不仅是通用语言的标准组成部分 ， 而且也成 为VI应用软件的标准组成部分 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 3LabVIEW简介 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering W 。

24、orkbench）是一种程序开发环境 ， 由美国国家仪器（NI） 公司研制开发的 ， 类似于C和BASIC开发环境 ， 与其他计 算机语言的显著区别是：其他计算机语言大多采用基于文 本的语言产生代码 ， 而LabVIEW使用的是图形化编辑语言 来编写程序 ， 产生的程序是框图的形式 。
LabVIEW集成了符合GPIB、VXI、RS-232和RS-485协 议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能 。
它还内置了便于 应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数 。
LabVIEW是 一个面向最终用户的工具 。
它可以增强用户构建自己的科 学和工程系统的能力 ， 提供了实现仪器编程和数据采集系 统的便捷途径 。
使用它进行原理研究、设 。

25、计、测试并实现 仪器系统时 ， 可以大大提高工作效率 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.2.2 虚拟仪器的基本组成与分类虚拟仪器的基本组成与分类 虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素 。
硬件的主要功能是获取真实测试中的被测信号 ， 而软 件的作用是控制实现数据采集、分析、处理、显示等 功能 ， 并将其集成为仪器操作与运行的命令环境 。
按照构成虚拟仪器的接口、总线不同 ， 可分为数 据采集插卡式（DAQ）虚拟仪器、RS-232/RS-422虚拟 仪器、并行接口虚拟仪器、USB虚拟仪器、GPIB虚拟 仪器、VXI虚拟仪器、PXI虚拟仪器和最新的IEEE-139 。

26、3 接口虚拟仪器 。
DAQ虚拟仪器广泛应用于一般的测试系统与工业 过程控制 ， 并且正在从过去的16位标准ISA总线发展到 32位的PCI总线插卡 ， 为设计各种测试仪器提供了更好 的数据采集和控制能力 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 RS-232/RS-422串行接口在各种现场过程控制仪表中 应用较多 ， 支持长线传输 ， 抗干扰能力强 ， 但数据传输 率低 ， 不适合动态测试应用 。
并行接口也是一种比较传统的高速接口 ， 一般打印 机都配置并行接口 ， 现在已经有配置并行接口的数字存 储示波器、逻辑分析仪等虚拟仪器 。
USB总线目前已成为PC的标准配置 ， 并且支持热插 拔功能 。

27、 。
IEEE-1394总线最大的优点是数据传输率高 。
GPIB、VXI和PXI总线都是专门为程控仪器设计的 计算机接口总线；其中GPIB仪器具有独立的仪器操作界 面 ， 可以脱离计算机而独立使用 ， 也可以通过标准GPIB 电缆连接计算机实施程序控制；而VXI和PXI仪器没有独 立操作界面 ， 必须依赖仪器驱动器提供的虚拟操作界面 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.2.3 虚拟仪器的特点与应用虚拟仪器的特点与应用 1虚拟仪器的特点 （1）性能高 。
虚拟仪器是在PC技术的基础上发展起 来的 ， 它完全“继承”了PC技术的优点 ， 包括功能强大 的处理器和文件I/O ， 使数 。

28、据导入磁盘的同时就能实时地 进行复杂的分析 。
（2）扩展性强 。
NI软件具有更强的灵活性 。
（3）开发时间短 。
在驱动和应用两个层面上 ， NI高 效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通信等方面的最新 技术结合在一起 。
（4）集多种功能于一体 。
虚拟仪器技术从本质上说 是一个集成的软/硬件系统 。
随着仪器在功能上不断地趋 于复杂 ， 通常需要集成多个测量设备才能满足完整的测试 需求 。
NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标 准的接口 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2虚拟仪器的应用 （1）虚拟仪器在测量方面的应用 。
虚拟仪器系统开放、 灵活 ， 可与计算机技术保 。

29、持同步发展 。
（2）虚拟仪器在监控方面的应用 。
（3）虚拟仪器在检测方面的应用 。
（4）虚拟仪器在远程教育方面的应用 。
随着虚拟仪器 系统的广泛应用 ， 越来越多的教学部门也开始用它来建立 教学系统 ， 使得教学方法也更加灵活 。
利用虚拟仪器教学系统既可以作为一个课件子系统挂 在远程教育中心 ， 也可作为独立系统运行 。
前者可以充分 利用远程教育系统平台的通用功能（如视频、音频交互等） 达到更好的教学效果 ， 当然这有赖于基础设施的建设 。
后 者能经济有效地实现远程仪器教学 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.2.4 虚拟仪器总线虚拟仪器总线 1VME总线 VME是第 。

30、一代32位工业开放标准总线 ， 是一种开放 式架构 。
它定义了一个在紧密耦合硬件构架中可进行互 连数据处理、数据存储和连接外围控制器件的系统 。
VME的数据传输机制是异步的 ， 有多个总线周期 ，地址宽度是16、24、32、40或64位 ， 数据总线的宽度是8、 16、24、32、64位 ， 系统可以动态的选择它们 。
它的数 据传输方式为异步方式 ， 因此只受制于信号交换协议 ，而不依赖于系统时钟；其数据传输速率为0500Mb/s； 此外 ， 还有UnalignedData传输能力 ， 误差纠正能力和自 我诊断能力 ， 用户可以定义I/O端口；其配有21个插卡插 槽和多个背板 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清 。

31、华大学出版社清华大学出版社 2VXI总线 VXI总线是“用于仪器的VME总线扩展”的简称 ，是一种正在不断成长和壮大的仪器系统总线标准 。
1）VXI总线的主要特点 （1）测试仪器模块化 。
从物理结构来看 ， 一个VXI 总线系统由一个能为嵌入式模块提供安装环境与背板连 接的主机箱组成 。
VXI总线仪器主机架的结构图如图9-5 所示 。
VXI总线标准以IEEE1014 VME标准为基础 ， 采用32 位VME体系结构 ， 并在VME标准的基础上增加了两种模 块与一个连接器 。
P1和P2连接器的中排插针严格按照 VME规格的定义保留下来 ， VXI对VME用户可定义的P2 连接器外面两排插针和VXI所增加的P3连接器作 。

32、了定义 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 图图9-5 VXI总线仪器主机架结构图总线仪器主机架结构图 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （2）具有32位数据总线 ， 数据传输速率高 。
主板总 线在功能上相当于连接独立仪器的GPIB总线 ， 但具有 更高的吞吐率 ， 控制器也做成插卡挂接在主板总线上进 行总线上的各种活动的调度和控制 。
（3）系统可靠性高 ， 可维修性好 。
（4）电磁兼容性好 。
（5）通用性强 ， 标准化程度高 。
不仅硬件进行标准 化 ， 而且软件也进行标准化 。
（6）适应性、灵活性强 ， 兼容性好 。
有B、C、D三 种规格 。

33、的机箱和A、B、C、D四种规格的模块供用户选 择；支持8位、16位、24位和32位的数据传输 。
系统组 建者可根据需要选择不同厂家、不同种类的器件进行组 合 ， 灵活方便地组建适应性极强的自动测试系统 。
图9- 6是选用C型主机架的HP75000 VXI仪器系统示意图 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 图图9-6 HP75000 VXI仪器系统示意图仪器系统示意图 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2）VXI 总线接口软件 应用开发环境应该能够与操作系统和程序设计语言 兼容 ， 软件应能够容易地移植 。
当构建一个VXI 。

34、系统时 ，有许多程序设计语言、操作系统、应用开发环境和应用 软件包可供选择 。
在选择时 ， 要考虑到现在建成系统及 将来使用和维护系统的费用 。
3）VXI 总线的运用 在对VXI总线有了一个比较清晰的了解以后 ， 再按步 骤讨论怎样运用VXI 。
（1）确定目标 。
使用VXI ， 首先要明确目标和实现 该目标的具体方案 。
（2）选择软件和VXI即插即用框架 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （3）选择控制器 。
使用VXI总线有多种方式 ， 可以 只用一台VXI仪器构成一个系统 ， 也可以把它插入到一个 系统中与其他的GPIB仪器组成系统 。
配置方法如下： 把计算机直接纳入主框架 。

35、内 ， 这样可以充分利用 VXI的高性能 ， 因为计算机直接与VXI背板通信 。
另一种 配置是利用高速的VXI总线 ， 把外部计算机与VXI背板连 接 ， 它实际上是嵌入方式的高性能与GPIB外挂的灵活性 综合起来 。
用成本较低的IEEE-1394或串口总线去控制一个 VXI系统 。
用一块板插入计算机 ， 一条6线式IEEE-1394电 缆 ， 以及一个0槽模块就组成一个完整的VXI控制系统方 案 ， 但性能较差 。
由一个或多个VXI主框架通过GPIB与外部计算机 相连 。
用户可以使用这种配置方式把VXI组合到一个现成 的GPIB系统中 ， 并且可用GPIB软件设计VXI仪器程序 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术 。

36、清华大学出版社清华大学出版社 （4）选择VXI主框架 。
VXI主框架最多可有13个扩展 槽 。
在实际选择框架时 ， 对扩展槽数量的要求还要着眼于 将来可能的需要 。
同时 ， 要使选择的框架所能提供的电源 与冷却能力能够同时满足所选的VXI仪器的要求 。
一个VXI框架成本最高也是最重要的组成部分就是电 源 。
VXI框架电源性能的两个重要参数就是有效电源和可 用电源 。
有效电源是电源提供的额定值 ， 可用电源是指实 际能传送给VXI模块的电压值 。
当要比较不同框架之间的 电源情况时 ， 应比较可用电压而不是有效电压 。
如果VXI 系统的实际使用电压小于有效电压是合理的 ， 因为当VXI 框架不是以全部有效电压供电时 ， 它的使用寿命将 。

37、会延长 。
例如 ， 一个VXI系统消耗450W的功率 ， 而额定功率为 1100W ， 这样 ， 电源只用了41%的能力；如果同样的系统 安装在一个额定功率为500W的框架上 ， 就用了90%的驱动 能力 ， 这无疑会缩短其寿命 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （5）选择VXI仪器 。
VXI仪器的选择范围是很广泛的 。
这当中包括所有的传统仪器、GPIB仪器、虚拟仪器 。
由 于VXI系统的软件标准是由系统确定的 ， 故选择与VXI即 插即用兼容的仪器会使系统组合更加容易实现 。
（6）堆叠组合 。
当选定了所有的软、硬件以后 ， 其 衡量标准是最后的结果是否达到最初的设计要求 。
当然 ，可以 。

38、做另外的选择使某些方面（如性能、成本等）最优化 和最小化 。
今天 ， VXI总线仪器和系统已经成为仪器系统发展的 主流 ， 并已在检测、数据采集、测量等诸多方面得到广泛 的应用 。
随着各种VXI技术的飞速发展 ， VXI总线系统的 成本将不断降低 ， 其应用范围也将越来越广 。
VXI总线代 表了一个新的模块化仪器系统时代的开始 ， 已被公认为21 世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 3PXI总线 PXI是PCI在仪器领域的扩展 ， 它将Compact PCI 规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与 数据采集场合应用的机械、电气 。

39、和软件规范 ， 从而形 成了新的虚拟仪器体系结构 ，如图9-7所示 。
制定PXI 规范的目的是为了将台 式PC的性能价格比优势 与PCI总线面向仪器领域 的必要扩展完美地结合 起来 ， 形成一种主流的 虚拟仪器的测试平台 。
图图9-7 PXI规范体系结构图规范体系结构图 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.3 自动测试系统自动测试系统 l9.3.1 自动测试系统的组成 l9.3.2 GPIB和LXI总线 l9.3.3 USB仪器简介 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.3.1 自动测试系统的组成自动测试系统的组成 。

40、 包括五部分： （1）控制器 。
主要是计算机 ， 如小型机、个人计算 机、微处理机、单片机等 ， 是系统的指挥及控制中心 。
（2）程控仪器设备 。
能完成一定的具体测试及控制 任务 。
（3）总线与接口 。
是连接控制器与各种程控仪器、 设备的通道 ， 完成消息、命令、数据的传输与交换 。
（4）测试软件 。
为了完成系统测试任务而编制的、 在控制器上运行的各种应用软件 。
（5）被测对象 。
随测试任务的不同 ， 被测对象往往 是千差万别的 ， 由操作人员通过测试电缆 ， 接插件、开关 等与程控仪器和设备相连 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.3.2 GPIB和和LXI总线总线 1GPIB 。

41、总线 图图9-9 GPIB标准接口总线系统结构与连接标准接口总线系统结构与连接 第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 GPIB总线又称IEEE-488总线 。
GPIB采用24芯总线 ，分为数据总线、挂钩线和管理总线三种 （1）数据总线 。
GPIB中数据总线8条 ， 分别为 DIO1DIO8 。
（2）数据挂钩联络线 。
共有3条 ， 用来实现讲者和 听者之间的通信联络 。
这三条控制线分别如下： 数据有效线DAV（Data Valid） 。
采用负逻辑关 系 ， 当为低电平（逻辑1）时 ， 源方向受方表示DIO线 上载有信息 ， 并且有效 ， 各听者可以接收；当DAV为高 电平（逻辑0）时 ， 表示 。

42、DIO线上没有信息或者即使有 信息也无效 ， 听者不应该接收 。
未准备好接收数据线NRFD（Not Ready For Data） 。
此线为各听者所共用 ， 用来向源方表明听者接 收数据的准备情况 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 （3）接口管理控制线 。
注意线ATN（Attention） 。
ATN线由控者使用 ， 当 ATN为低电平时 ， 表示数据总线上由控者发布的信息是接 口信息 ， 除控者以外的所有仪器都要注意接收；ATN为高 电平时 ， 表示数据总线上所载的信息是由讲者输出的仪器 信息 ， 只有已经被寻址为听者的那些仪器设备才能接收 。
结束或识别线EOI（End Or I 。

43、dentify） 。
EOI线由控 者使用 ， EOI线与ATN线配合使用有两个作用：当EOI线为 低电平 ， ATN线为高电平时 ， 表示讲者已经传完一个字节 的数据；当EOI线为低电平 ， ATN线也为低电平时 ， 用来识 别是由哪个设备提出了服务请求 。
服务请求线SRQ（Service Request） 。
当具有服务请 求功能接口的仪器在需要向控者请求服务时 ， 可将SRQ线 由高电平变为低电平 。
以便向控者表明要求服务 ， 即要求 控者中断当前的工作程序 ， 希望由它变成讲者 ， 报告情况 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 接口清除线IFC（Interface Clear） 。
由控者使 。

44、 用 ， 当IFC由高电平变成低电平时 ， 命令系统的全部 接口恢复到初始状态 。
远控允许REN（Remote Enable） 。
当有一台 可程控仪器不接入系统而单独使用时 ， 将REN线转 换成高电平即可 ， 这时该仪器工作时只受面板的控 制；当要将仪器接入一个自动测试系统中并成为系 统中的一个器件时 ， 控者将REN线转换成低电平并 配合ATN线 ， 接入的仪器就能接受系统控制了 。
如图9-9所示 ， 在一个GPIB标准接口总线系统中 ，要进行有效的通信联络 ， 至少有“讲者”、“听 者”、“控者”三类仪器设备 ， 控者、讲者、听者 被称为系统功能的三要素 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大 。

45、学出版社 2LXI总线 有三个发展趋势在推动测试行业的发展：第一 ， 要 有系统就绪的硬件 ， 即模块化的产品 ， 可以很快构建一 个系统 。
第二 ， 要有基于标准的、与PC兼容的输入/输出 接口 ， 以及输入/输出驱动程序 ， 局域网及互联网等 。
第 三 ， 要有灵活的软件解决方案 ， 不论客户需要的是Excel 界面、还是文字界面都可以给客户灵活的选择 。
国际LXI （LAN eXtension for Instrument）联盟就是迎合了这个变 化而产生的 。
国际LXI联盟是一个非营利性联盟 ， “L”代表LAN （局域网） ， “X”是其扩展（eXtension） ， “I”代表仪 器（Instrument） ， LXI的意思是局域网的标 。

46、准扩展到仪 器方面的联盟 。
它是由VXI Technology Inc.和安捷伦公司 发起的 ， 旨在致力于测量自动化领域的LXI标准建立和发 展 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 LXI的仪器等级： 国际LXI协会将基于LXI的仪器分为以下三个等级： 等级C：具有通过LAN的编程控制能力 ， 可以与其他 厂家的仪器很好地协同工作 。
等级B：拥有等级C的一切能力 ， 并且加上了IEEE 1588网络实践同步标准 。
等级A：拥有等级B的一切能力 ， 同时具备硬件触发 能力 。
LXI具体的设想是将非常成熟的以太网技术用到自动 测试系统中 ， 以替代传统的测试总线技术 。
LXI 。

47、为高效能 的仪器提供了一个自动测试系统的LAN模块式平台 ， 无论 是相对GPIB、VXI还是PXI ， LXI都将是未来总线技术的 发展趋势 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 LXI模块化仪器具有许多优点： 集成更为方便 ， 不需要专用的机箱和0槽； 可以利用网络界面进行操作 ， 无须编程和其他 虚拟面板； 连接和使用更为方便 ， 可以利用通用的软件进 行系统编程； 易于实现校准计量和故障诊断； 灵活性强 ， 可作为系统仪器 ， 也可以单独使用 。
另外 ， 由于LXI模块本身配备有处理器、局域网 （LAN）连接器、电源供应器和触发输入 。
LXI标准要求LXI单元支持IEEE80 。

48、2.3和TCP/IP标准 ，提供一个一致的应用方式以便于用户使用 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 9.3.3 USB仪器简介仪器简介 USB1.1版的低速数据率是1.5Mb/s ， 全速数据率是 12Mb/s ， 主控制器将总线传输时间划分为帧 ， 每帧1ms ，在一帧时间内传输多个事务处理到多个器件上 。
USB总 线的机械连接非常简单 ， 电缆是4芯的屏蔽线 ， 一对双 绞线传送信号 ， 另一对双绞线传送5V的直流电压 。
USB器件的即插即用（即热插拔）是一个优势 。
一个 USB主控制器端口最多可连接127个器件 ， 各器件之间 的距离不超过5m 。
USB2.0版将USB总线的 。

49、数据率提高 到480Mb/s ， 并兼容USB1.1版 。
在高速USB总线上 ， 主 控制器将每帧1ms再划分成8个微帧 ， 每微帧125s 。
USB接口规范将多种具有相似特性的PC外设归纳为同 一类 。
无Windows支持的USB器件需要提供自己的驱动 程序 ， 或者安装程序将有关的应用和驱动程序打包在 一起 ， 一次完成器件的安装 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 2USB测量仪器 最简单的做法是增加USB作为外设接口 。
USB接口普 遍被接受为标准接口之一 。
实践证明 ， USB接口在测量仪器中确实是简单方便和低成 本的互连技术 ， 它特别适用于较高速率的数据采集和传输 场合 。

50、 。
传统的PC平台的数据采集系统卡需要占用ISA和 PCI插槽 ， 以及从插卡引出至传感器的大量线缆 ， 数据采 集量增加时会受PC插槽数目、地址、中断等硬件和软件资 源的限制 。
借助PC配置的扩充总线或外设总线成果 ， 已经 在测量仪器系统中得到了应用 ， PCI、PXI、VXI和LXI各 种总线仪器的扩展应用 ， 都充分发挥了PC的普及率高、产 品成本低、使用方便等显著特点 。
PC应用领域比测量仪器 应用领域大得多 ， 投入的开发和制造资源极为丰富 ， 这些 都是优势 ， 也是测量仪器领域所不具备的 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 3无线USB仪器 为减少USB器件与PC的互连线 。

【现代电子测量技术PPT|现代电子测量技术课件】51、缆 ， 促进无线USB的 发展 ， 制定无线USB规范具有极其重要的现实意义 。
无线USB规范是构建在超宽带（UWB）的无线多媒 体汇聚平台上的 ， 即使用UWB作载体 ， 发射和接收USB 规范的信息 。
USB短距离无线通信方式是无载波的超短 脉冲序列调制波 ， 占有GHz级的带宽 ， UWB已成为 IEEE802.15.3a标准 。
无线USB通过协议适配层与 WiMedia汇聚平台连接 ， 构建一个与USB2.0兼容的应用 软件栈 ， 分享UWB的射频协议 ， 并获得IEEE802.15.3a的 承认 。
无线USB仪器的应用 ， 将使测量仪器的机动性得到 提高 。
USB仪器开始成为测量仪器的主流 ， 同时推动传 统仪器向小型化和微型化方向 。

52、发展 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 本章小结本章小结 1智能仪器将计算机技术应用于电子测量仪器之中 ，即仪器内部含有微处理器系统 。
2总线是微型计算机各种信息进行交换或传输的公 共通道 。
总线按其应用可分为外总线及内总线两大类 。
S-100微机标准总线标准可适用于各种8位及16位微机 ，可以支持高达16Mb的存储器及64Kb的输入/输出端口 ， S- 100总线共100条线 。
STD总线采用了小板结构 ， 信号流向基本上都是由总 线驱动的 ， 开发软件STD-DOS是由STD总线的硬件和MS- DOS固化操作系统组成的开发系统 。
3智能仪器设计包括两大部分 ，。

53、即硬件设计和软件 设计 。
其设计步骤主要包含方案设计、硬件设计、软件 设计和系统调试四个步骤 。
智能仪器应用系统的软件应 尽量采用标准化、模块化、子程序化 。
第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术清华大学出版社清华大学出版社 4 “软件就是仪器”是虚拟仪器概念最简单 ， 也 是最本质的表述 。
常用开发软件有LabVIEW等 。
虚拟仪 器的组成包括硬件和软件两个基本要素 。
5VXI框架成本最高也是最重要的组成部分就是电 源 。
VXI框架电源性能的两个重要参数就是有效电源和 可用电源 。
6自动测试系统主要体现以软件控制、以功能组合 方式实现的合成仪器自动测试技术 ， 以高速A/D、D/A和 DSP芯片为基础组成通用测试仪器硬件系统 ， 而测试/测 量任务的实现以及系统升级完全依靠软件来实现 。
7LXI的意思是局域网的标准扩展到仪器方面的联 盟 。
其具体的设想是将非常成熟的以太网技术用到自动 测试系统中 ， 以替代传统的测试总线技术 。
USB总线的 机械连接非常简单 ， 电缆是4芯的屏蔽线 。
。

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