计算机系统与虚拟仪器PPT学习教案

1、会计学1计算机系统与虚拟仪器计算机系统与虚拟仪器DATE: 2021-10-18PAGE: 2 一、计算机测试系统组成一、计算机测试系统组成计算机为现代测试和测量系计算机为现代测试和测量系统的基础。统的基础。程控仪器程控仪器：能接受程序控制：能接受程序控制并据之改变内部电路工作状并据之改变内部电路工作状态，以及完成特定任务的测态，以及完成特定任务的测量仪器。量仪器。接口任务接口任务：提供机械兼容、：提供机械兼容、逻辑电平方面的匹配，并能逻辑电平方面的匹配，并能通过数据线交换电信号信息。通过数据线交换电信号信息。第1页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 3 一、计算机测试系统组

2、成一、计算机测试系统组成智能仪器：智能仪器：以单片机为主体，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结将计算机技术与测量控制技术结合在一起组成的智能化测量控制合在一起组成的智能化测量控制系统。系统。虚拟仪器：虚拟仪器：数据存储、数据数据存储、数据分析、数据显示用软件来完成，分析、数据显示用软件来完成，只额外提供一定的数据采集硬只额外提供一定的数据采集硬件。件。第2页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 4 二、数据采集系统的组二、数据采集系统的组成成传感器2多路开关放大器采样保持A/D转换计算机传感器n传感器1采样保持（S/H）电路目的：保持A/D转换器转换期间输入信号不变，

3、对A/D转换精度至关重要。第3页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 5 组成：输入、输出缓冲放大器A1、A2, 保持电容CH， 逻辑控制开关S第4页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 6 第5页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 7 第6页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 8 三、总线三、总线接口总线的分类：接口总线的分类：芯片总线、内总线、外总线。芯片总线、内总线、外总线。接口总线的标准化：接口总线的标准化：对接口的输入、输出信号建立统一规范，对接口的输入、输出信号建立统一规范，包括命令规范、数据的定义和编码格式。包括

4、命令规范、数据的定义和编码格式。第7页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 9 接口总线的应答通信方式：接口总线的应答通信方式：第8页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 10 RS232C标准接口总线标准接口总线第9页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 11 第10页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 12 GPIB标准接口总线标准接口总线第11页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 13 四、计算机测试系统分类四、计算机测试系统分类插卡式测试系统插卡式测试系统：在计算机的扩展槽（如：在计算机的扩展槽（如PC

5、IPCI、ISAISA等通用总线槽，等通用总线槽，或或PCMCIAPCMCIA等专用卡）中插入信号调理、信号采集、数字输入输出、等专用卡）中插入信号调理、信号采集、数字输入输出、DSPDSP等测试与分析板卡，构成通用或专用的测试系统。等测试与分析板卡，构成通用或专用的测试系统。仪器前端与计算机组合仪器前端与计算机组合：仪器前端由信号调理、模拟信号采集、：仪器前端由信号调理、模拟信号采集、数字输入输出、数字信号处理、测试控制等模块组成。由数字输入输出、数字信号处理、测试控制等模块组成。由VXIVXI、PXIPXI等专用仪器总线连接在一起构成独立机箱，并通过以太网接口、等专用仪器总线连接在一起构成

6、独立机箱，并通过以太网接口、13941394、并行接口等通信接口与计算机相连，构成通用或专用计算机、并行接口等通信接口与计算机相连，构成通用或专用计算机测试系统。测试系统。仪器控制系统仪器控制系统：由各种独立的可编程仪器（具有参数设置和控制：由各种独立的可编程仪器（具有参数设置和控制功能的计算机接口）与计算机连接所组成的测试系统。功能的计算机接口）与计算机连接所组成的测试系统。第12页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 14 插卡式仪器自身不带仪器面板，必须借助计算机强大的图形环境，插卡式仪器自身不带仪器面板，必须借助计算机强大的图形环境，建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控

7、制、数据分析和显示。建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。数据采集卡数据采集卡：具有：具有A/DA/D转换、转换、 D/AD/A转换、数字转换、数字I/OI/O和记数器和记数器/ /定时定时器等功能，有些具有数字滤波和数字信号处理的功能。器等功能，有些具有数字滤波和数字信号处理的功能。插卡类型：插卡类型：PCIPCI通用卡、通用卡、ISAISA通用卡或通用卡或PCMCIAPCMCIA专用卡，专用卡， PCIPCI广泛应用。广泛应用。插卡是插卡是“即插即用即插即用”（Plug & play)Plug & play)。多功能数据采集卡多功能数据采集卡采用采用“虚拟硬件虚拟硬件”技

8、术，使用户通过程序能方技术，使用户通过程序能方便地改变硬件的功能或性能参数。便地改变硬件的功能或性能参数。采用的总线：采用的总线：传统的传统的RS232RS232串行总线、串行总线、USBUSB通用串行总线、通用串行总线、IEEE1392IEEE1392总线（总线（Fire Wire,Fire Wire,火线）。火线）。可与台式微机、工控机或笔记本电脑相连，实现台式和便携两用。可与台式微机、工控机或笔记本电脑相连，实现台式和便携两用。第13页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 15 高精度集成仪器系统：高精度集成仪器系统：采用专用的仪器总线，经历了采用专用的仪器总线，经历了G

9、PIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI的仪器总线发展过程。的仪器总线发展过程。GPIBGPIB总线：总线：通用接口总线（通用接口总线（General Purpose Interface Bus)General Purpose Interface Bus)，是，是计算机和仪器的标准通信协议，国际工业标准计算机和仪器的标准通信协议，国际工业标准IEEE488IEEE488硬件规格和软件硬件规格和软件协议。协议。VXIVXI总线：总线：一种高速计算机总线，国际工业标准一种高速计算机总线，国际工业标准IEEE1155IEEE1155协议。组建协议。组建VXIVXI总线要求由机箱、零槽管理器及嵌

10、入式控制器，造价高，国防军工总线要求由机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价高，国防军工领域应用。领域应用。PXIPXI总线：总线：一种以一种以Compact PCICompact PCI为基础的，具有开放性的总线。成本为基础的，具有开放性的总线。成本低、运行速度快、体积紧凑，可构建标准的测试平台。低、运行速度快、体积紧凑，可构建标准的测试平台。第14页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 16 第15页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 17 仪器控制：仪器控制：是指这样一个操作，即通过微机上的软件控制仪器控制是指这样一个操作，即通过微机上的软件控制仪器控制总

11、线上的一台仪器。仪器自身通常支持一种或多种选择。总线上的一台仪器。仪器自身通常支持一种或多种选择。仪器控制的总线分为两个大类：仪器控制的总线分为两个大类：独立总线，用于架式和堆式仪器的通信，如独立总线，用于架式和堆式仪器的通信，如GPIBGPIB专用总线和微机的专用总线和微机的标准总线（标准总线（RS232RS232、以太网、以太网、USBUSB、无线和、无线和IEEE1394IEEE1394等）。等）。模块化总线，将接口总线合并到仪器中，如模块化总线，将接口总线合并到仪器中，如PCIPCI、VXIVXI、PXIPXI等。等。仪器控制软件：仪器控制软件：通用软件，如通用软件，如MATLABMA

12、TLAB自带的自带的Instruments ControlInstruments Control工具箱、工具箱、LabVIEWLabVIEW自带的仪器控制工具等。自带的仪器控制工具等。专用软件，大多数仪器生产商都会为其可编程仪器提供专用的仪器专用软件，大多数仪器生产商都会为其可编程仪器提供专用的仪器控制软件。控制软件。第16页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 18 智能仪器：智能仪器：新一代的测量仪器，内含微处理器的仪器或基于微型机新一代的测量仪器，内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。仪器的整个测量过程，都用单片机或微控制器来控制操作，的仪器。仪器的整个测量过程，都用单片

13、机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。实现测量过程的全部自动化。智能仪器功能特点：智能仪器功能特点：具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等；自诊断及量程自动转换等；具有数据处理功能；具有数据处理功能；具有良好的人机对话能力；具有良好的人机对话能力；具有可程控操作能力。具有可程控操作能力。智能仪器与虚拟仪器的区别：智能仪器与虚拟仪器的区别：在于它们所用的微机是否与仪器测量部分在于它们所用的微机是否与仪器测量部分融合在一起，也即采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的融合在一起，也

14、即采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的系统，还是用现成的微机配以一定的硬件及仪器测量部分而成的系统。系统，还是用现成的微机配以一定的硬件及仪器测量部分而成的系统。第17页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 19 虚拟仪器：虚拟仪器：基于微机的测量仪器，即数据分析和显示完全用微机的基于微机的测量仪器，即数据分析和显示完全用微机的软件来完成，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成软件来完成，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成测量仪器。测量仪器。“软件就是仪器软件就是仪器”：软件系统是虚拟仪器的核心。在虚拟仪器中，使软件系统是虚拟仪器的核心。在虚拟

15、仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。同的测量仪器。虚拟仪器概念由国家仪器公司（虚拟仪器概念由国家仪器公司（Natioal Instruments CorporationNatioal Instruments Corporation，NINI）于）于19861986年首先提出，定义为由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和年首先提出，定义为由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的软件组成的测控系统，是用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的软件组成的测控系统，是

16、一种由计算机操纵的模块化仪器系统。一种由计算机操纵的模块化仪器系统。虚拟仪器技术引入到当今计算机辅助测试领域，使数据采集和工业控虚拟仪器技术引入到当今计算机辅助测试领域，使数据采集和工业控制自动化技术起了制自动化技术起了重大变革重大变革。第18页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 20 虚拟仪器的特点：虚拟仪器的特点：硬件接口标准化；硬件接口标准化；硬件软件化；硬件软件化；软件模块化；软件模块化；模块程控化；模块程控化；系统集成化；系统集成化；程序设计图形化；计算可视化；程序设计图形化；计算可视化；硬件接口软件驱动化。硬件接口软件驱动化。虚拟仪器最大优点虚拟仪器最大优点：具有

17、开放式的构成方式，即具有灵活性和功能：具有开放式的构成方式，即具有灵活性和功能的可重构性。的可重构性。虚拟仪器是用户根据需要自己定义、自行组合的。虚拟仪器是用户根据需要自己定义、自行组合的。虚拟仪器的发展呈现两条主线：虚拟仪器的发展呈现两条主线：一是一是GPIBGPIB到到VXIVXI到到PXIPXI总线方式（适合总线方式（适合大型高精度集成测试系统），二是微机插卡式、大型高精度集成测试系统），二是微机插卡式、LPTLPT并行口式、串口并行口式、串口USBUSB方式、方式、IEEEIEEE标准的标准的13941394口方式（适合普及型的廉价系统，前景好）。口方式（适合普及型的廉价系统，前景好）

18、。第19页/共22页DATE: 2021-10-18PAGE: 21 虚拟仪器的软件框架：虚拟仪器的软件框架：从低层到顶层：从低层到顶层：VISAVISA库、仪器驱动程序、应用软件库、仪器驱动程序、应用软件三部分。三部分。VISAVISA库库：虚拟仪器软件体系结构（：虚拟仪器软件体系结构（VISA, Virtual Instrumentation VISA, Virtual Instrumentation Software Architecture),Software Architecture),标准的标准的I/OI/O函数库及其相关规范的总称。函数库及其相关规范的总称。仪器驱动程序仪器驱动程序：完成对某一