第10章智能仪器与自动测量技术ppt课件

1、第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 第第10章章 智能仪器与自动丈量技术智能仪器与自动丈量技术10.1 智能仪器与自动丈量技术的开展历史智能仪器与自动丈量技术的开展历史10.2 智能仪器与个人仪器智能仪器与个人仪器10.3 自动测试系统自动测试系统10.4 虚拟仪器虚拟仪器10.5 网络化仪器与远程测控技术网络化仪器与远程测控技术思索题思索题10第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.1 智能仪器与自动丈量技术的开展历史智能仪器与自动丈量技术的开展历史1.单机及公用系统阶段20世纪70年代，随着微电子技术的开展和微处置器的普及，以及计算机技术与

2、电子丈量技术的结合，出现了以微处置器为根底的智能仪器。它具有键盘操作、数字显示、数据存储与简单运算等功能，可实现自动丈量，如智能化DVM、智能化RLC丈量仪、智能化电子计数器、智能化半导体测试仪等。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2.以规范接口和总线为主要特征的阶段进入20世纪70年代末期，规范化的通用接口总线出现了，因此可利用GPIB、VXI等仪器系统总线将一台计算机和假设干台电子丈量仪器衔接在一同，组成自动测试系统。在这种自动测试系统中，各设备都用规范化的接口和一致的无源总线以搭积木的方式衔接起来。 在这些仪器总线中，最具代表性的是GPIB总线和VXI总线。G

3、PIB总线于1972年由美国惠普公司HP，Agilent公司的前身推出，后为美国电气与电子工程师学会IEEE及国际电工委员会IEC接受，又称IEEE-488总线。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 3. PC基仪器阶段进入20世纪80年代，计算机特别是个人计算机得到了广泛的普及与运用。在电子丈量领域，计算机与仪器之间的相互关系也在发生改动。在早期的自动丈量系统中，仪器占据主要位置，而计算机系统起辅助作用； 而到了GPIB仪器和VXI仪器阶段，计算机系统越来越占据着重要和主要位置。基于这种趋势，出现了“计算机即是仪器的测试仪器新概念，诞生了个人仪器和虚拟仪器。个人仪器以

4、个人计算机为中心，辅以仪器电路板和扩展箱，与个人计算机内部总线相连， 在运用软件的控制下，共同完成测试丈量义务。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.2 智能仪器与个人仪器智能仪器与个人仪器10.2.1 智能仪器智能仪器是计算机技术与电子丈量仪器严密结合的产物，是内含微型计算机或微处置器, 可以按照预定的程序进展一系列丈量测试的丈量仪器，并具有对丈量数据进展存储、运算、分析判别、接口输出及自动化操作等功能。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 1. 智能仪器的特点仪器与微处置器相结合，使得软件替代了许多传统的硬件逻辑，带来更小的体积、更高的集

5、成度、更直观方便和智能的显示与操作、更有效的数据存储处置与通讯。同传统仪器相比，智能仪器具有以下几个突出特点： 1 以软件为中心，具有强大的控制才干。2 具有强大的数据存储处置功能。3 实现仪器功能多样化。 4 智能化、自动化程度高。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2 智能仪器的根本构造智能仪器实践上是一个公用的微型计算机系统，它由硬件和软件两大部分组成。1 智能仪器的硬件构造智能仪器的硬件部分主要包括CPU、存储器、内部总线、各种I/O接口、通讯接口、人机接口键盘、开关、按钮、显示器等，如图10.1所示。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技

6、术 图10.1 智能仪器的根本构造存储器CPU标准仪器接口仪器总线I/O显示I/O键盘I/OD/A转换器I/OA/D转换器输出电路输入电路BUS被测电压输入输出通道第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2 智能仪器的软件组成智能仪器的软件是其灵魂，整个丈量任务是在软件的控制下进展的。没有软件，智能仪器就无法任务，软件是智能仪器自动化程度和智能化程度的主要标志。智能仪器的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.2.2 个人仪器图10.2示出了一种在微机内部的扩展槽及微机外部的插件箱中都插入仪器卡的混合

7、式个人仪器构造。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.2 个人仪器系统的构成仪 器 插 件 卡内 部 总 线个 人 计 算 机仪 器 插 件 卡第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.3 自动测试系统自动测试系统10.3.1 自动测试系统的组成通常，自动测试系统包括以下五部分： 1 控制器： 主要是计算机，如小型机、个人计算机、微处置机、单片机等，是系统的指挥及控制中心。2 程控仪器设备： 包括各种程控仪器、鼓励源、程控开关、程控伺服系统、执行元件，以及显示、打印、存储记录等的器件，能完成一定的详细的测试及控制义务。3 总线与接口： 是

8、衔接控制器与各程控仪器、设备的通路，完成音讯、命令、数据的传输与交换，包括插卡、插槽及电缆等。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 4 测试软件： 为了完成系统测试义务而编制的、在控制器上运转的各种运用软件，如测试主程序、驱动程序、数据处置程序，以及输入/输出软件等。5 被测对象： 随测试义务的不同，被测对象往往是千差万别的，由操作人员经过测试电缆，接插件、开关等与程控仪器和设备相连。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.3 典型的GPIB自动测试系统GPIB 接口计算机GPIB 接口频率合成器GPIB 接口DMMGPIB 接口频率计GPI

9、B 接口打印机被测器件GPIB总线第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.3.2 自动测试系统的总线1. GPIB总线GPIB总线于1972年由美国惠普公司HP，Agilent公司的前身推出，后为美国电气与电子工程师学会IEEE及国际电工委员会IEC接纳，又称IEEE-488总线。 GPIB总线构造与衔接如图10.4所示。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.4 GPIB规范接口总线系统构造与衔接接口部分控/讲/听者(计算机)用户编程接口部分听/讲者(测量仪器)DUT接口部分听 者(信号源)接口部分听 者(记录仪)硬拷贝IFCATNEOI

10、RENSRQDAVNRFDNDACDIO1DIO8仪器装置接口仪器装置本身接口管理控制线数据挂钩联络线数据总线通用接口总线第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 如图10.5所示，在一个GPIB规范接口总线系统中，要进展有效的通讯联络，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10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.5 GPIB接口音讯和仪器音讯仪 器 功 能接 口 功 能接 口 功 能仪 器 功 能总 线接 口 消 息仪 器 消 息第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2. VXI总

11、线主要特点： 1 测试仪器模块化。VXI系统的全部器件都采用插件式构造，插入以VME总线作为机箱主板总线的机箱内，插件和供插入插件的主机架尺寸满足严厉的要求。VXI总线仪器主机架构造图如图10.6所示。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.6 VXI总线仪器主机架构造图12 层 印 制 电 路 板上 导 轨P1连 接 器P2 连 接 器C 尺 寸 插 件下 导 轨冷 气 孔托 架B 尺 寸插 件B 尺 寸插 件运 送 器电 源风 扇冷 空 气第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 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

12、衔接独立仪器的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展总线上的各种活动的调度和控制，根本总线数据传输速率为40 Mb/s，远远高于其他测试系统总线的数据传输速率。 3 系统可靠性高，可维修性好。 用VXI总线组建的系统构造紧凑、体积小、分量轻，简化了衔接和控制关系，有利于提高系统的可靠性和可维修性。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 4 电磁兼容性好。 在VXI总线的设计和规范的制定中，充分思索了系统的供电、冷却系统和电磁兼容性能，以及底板上信号的传输延迟及同步等，对每项目的都有严厉的规范，全部VXI总线集中在高质量、多层印制电路板内，这

13、就保证了VXI总线系统的高精度及运转的稳定性和可靠性； 而且频带宽，现已有从直流到微波的各种仪器模块。5 通用性强，规范化程度高。不仅硬件进展规范化，而且软件也进展规范化。软件的可维护性与可扩展性好，这也是VXI总线优于其他总线，得到迅速开展的一个重要要素。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 6 顺应性、灵敏性强，兼容性好。有B、C、D三种规格的机箱和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求选择不同厂家、不同种类的器件进展组合，灵敏方便地组建顺应性极强的自动测试系统。为了充分利用资源，VXI总线开发了与

14、其他总线系统衔接和转换的模块，这使得VXI总线系统具有宏大的包容性，可与任何总线系统的仪器或系统结合任务。VXI系统是计算机控制下的一种自动测试系统。 图10.7 是选用C型主机架的HP75000 VXl仪器系统表示图。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.7 HP75000 VXI仪器系统表示图指令模块功率表数字多用表函数发生器计数器数字变换器RF开关模拟开关模拟矩阵开关 数 设 字 备用户定做模板VXI总线主机架软面板GPIB与DUT之间的信号接口连接组件(ITA)被测件(DUT)其他VXI系统GPIB仪器第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量

15、技术 3. PXI总线1 PXI总线的特点 PXI总线是PCI总线的加强与扩展，并与现有工业规范Compact PCI兼容。 2 PXI软件特性为了充分开掘PXI在提供高度集成化的测控平台方面的潜力，PXI选用开放式软件体系构造，用以定义出一个与不同类型硬件相连的公共接口。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.4 虚拟仪器虚拟仪器10.4.1 虚拟仪器的概念与特点1. 虚拟仪器的概念虚拟仪器简称 VI是电子丈量技术与计算机技术更加严密结合产生的一种新仪器方式，是指以通用计算机作为中心硬件平台，配以相应的硬件模块作为信号输入/输出接口，利用仪器软件开发平台在计算机的

16、屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，经过鼠标或键盘交互式操作完成相应测试丈量义务的仪器。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2. 虚拟仪器的特点与传统仪器相比，虚拟仪器有以下特点： 1它是一种功能意义上而非物理意义上的仪器，交融了计算机强大的硬件资源。 2强调“软件就是仪器 的新概念，软件在仪器中充任了以往由硬件甚至整机实现的角色。 3 友好的图形化用户界面，可实现人机交互。 4 更新速度快，可维护性好。 5 采用模块化构造，系统具有良好的开放性和可扩展性。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 10.4.2 虚拟仪器的架构1. 虚拟仪器的硬件构

17、成 拟仪器的硬件架构如图10.8所示。数据的采集经过输入/输出接口设备来完成。输入/ 输出接口设备可以是以各种PC为根底的内置数据采集插卡、通用接口总线GPIB卡、串口、VXI或PXI总线接口模块等设备，或者是其他各种可编程的外置测试设备，分别构成DAQ、GPIB、VXI、PXI等规范体系构造的虚拟仪器，其中最常见的是数据采集DAQ卡。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.8 虚拟仪器的硬件架构S C X I1 1 4 0 S C X I1 1 4 0 S C X I1 1 4 0 S C X I1 1 4 0 S C X I - 1 0 0 1MA I N F

18、 R A ME S C X IS C X I1 1 0 0 N A T I ON A L I N S T R U ME N T Sb u sC o n t r o l P a n e lF l o wP r e s s u r e A l a r m C o n d i t i o n sS T OPT e mp e r a t u r eGPIB 仪器串口仪器DAQ 产品测试 单元工业过程VXI 仪器应用软件PC 或 工作站采集与控制采集与控制仪器硬件仪器硬件分析与表达分析与表达应用软件应用软件分析与表达应用软件应用软件PC或工作站采集与控制仪器硬件VXI仪器GPIB仪器串口仪器DAQ产品工

19、业过程测试单元第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 在PC计算机上挂接假设干DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有假设干功能的PC仪器，如示波器、数字万用表、串行数据分析仪、动态信号分析仪、恣意波形发生器等，如图10.9所示。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.9 PC-DAQ系统第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 2. 虚拟仪器的软件构造硬件平台是虚拟仪器的根底，仪器用软件是其中心。根本硬件确定后，要使虚拟仪器具有用户自行定义的功能与界面，就必需有功能强大的仪器用软件。 VXI总线虚拟仪器的软件构造表示

20、图如图10.10所示，包括运用软件开发环境、仪器驱动器、VISA API三部分。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.10 虚拟仪器软件构造交 互 式 控 制 工 具资 源 编 辑 器资 源 管 理 器VXI功 能 库VISA API仪 器 驱 动 器应 用 软 件 包编 程 语 言 (Visual C+或 Visual Basic等 )应 用 软 件 开 发 环 境第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 3. 虚拟仪器运用软件开发环境 目前，市场上可供选择的面向工程的虚拟仪器软件开发平台比较多，其大致可分为两类： 一类是图形化编程环境，如原H

21、P公司的HP VEE和NI公司的LabVIEW； 另一类是传统的程序文语编程环境，如NI公司的LabWindows/CVI，以及微软的Visual C、Visual Basic等。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 1 LabVIEW其主要特点有： (1) 可视化图形开发环境，流程图式的编程，简单易学、易用，大大节省了开发时间。LabVIEW开发环境分为前面板和流程图两部分，分别如图10.11和图10.12所示。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.11 随机信号发生器的前面板显示对象(输出)控制对象(输入)第第10章章 智能仪器与自动

22、测量技术智能仪器与自动测量技术 图10.12 随机信号发生器的流程图函数: 随机数发生器结构: 循环与前面板控件对应的连线端子与前面板控件对应的连线端子第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 (2) LabVIEW提供了丰富的程序调试功能。(3) 构造化、模块化编程，可移植性好。(4) 库函数丰富，开放性、可扩展性好。2 LabWindows/CVI详细来说，它具有以下特点： (1) 采用集成开发平台、开放式体系构造。 (2) 采用可视化编程，设计用户图形界面轻松自若。(3) 采用交互式编辑方法，可自动生成程序源代码。 (4) 运用丰富的库函数，使编程任务大大简化。 第第1

23、0章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 (5) 运用方便灵敏的程序调试手段。 10.4.3 虚拟仪器的设计开发1. 测试需求的制定明确用户想处理什么问题，即仪器要完成哪些功能，以及用户对面板操作上的要求，从而确定面板需求什么控制部件和指示部件，并进展面板规划构思2.硬件选择 虚拟仪器的硬件普通分为根底硬件平台和仪器硬件设备。采用不同硬件体系构造的虚拟仪器系统性能比较如表10.1所示，用户必需根据测试功能与性能需求、资金情况等进展合理的选择。 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 表10.1 不同体系构造虚拟仪器的系统性能 第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 3.仪器驱动器的开发通常，仪器驱动器包括以下几个部分： (1) 函数体。 (2) 交互式操作接口。(3) 编程接口。(4) I/O接口。 (5) 功能库。(6) 子程序接口。第第10章章 智能仪器与自动测量技术智能仪器与自动测量技术 4.虚拟仪器软面板的设计软面板的详细设计应留意以下几点： (1) 软面板应设计成能在不同平台和计算机显示器上完成各种操作，所以必需保证每个软面板在不同平台和不同分辨率的显示器之间是可移植的。(2) 字体选择应基于可移植性和易读性