虚拟仪器技巧及其在数据采集中的利用

1、虚拟仪器技巧 及其在数据采集中的利用        摘  要：介绍了虚拟仪器的构成及其特性，分析    了如何从软件和硬件方面结构 具体的虚拟仪器；提出了一种虚拟仪器技巧 在数据采集中新的利用 法子    ，该法子    利用    虚拟仪器制作    数据采集器，分辨  

2、60; 从硬件设计、软件设计两个角度论述 了数据采集器的具体制作    法子    。实际利用 证明是 行之可靠的，可供技巧 人员在组建基于虚拟仪器技巧 的数据采集器时参考应用 。     要害 词：虚拟仪器；数据采集；VXI总线；软件技巧     虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器，他是90年代发展起来的一项新技巧 ，首要用于主动 测试、历程 把持 、仪器设计和数据分析    

3、;等领域    ，其根基思想是在仪器设计或测试系统    中尽可能用软件代替    硬件，即“软件就是仪器”，他是在通用盘算 机平台上，根据    用户需求来定义和设计仪器的测试功效 ，其本色是充沛 利用    盘算 机的最新技巧 来实现和扩张传统仪器的功效 。     1  虚拟仪器的特性和构成   

4、60;1.1  虚拟仪器的特性    与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用机动 、功效 强大、性价比高、可操作性 好等明显    优点    ，具体表现    为：    智能化程度    高，处理    能力    强 虚拟仪器的处理 &#

5、160;  能力    和智能化程度    首要取决于仪器软件程度 。用户完整 可以根据    实际利用 需求，将先进的信号处理    算法、人工智能技巧 和专家系统    利用 于仪器设计与集成，从而将智能仪器程度 进步 到一个新的层次。    复用性强，系统    费用低 利用 虚拟仪器思想，用

6、雷同 的根基硬件可结构 多种不同功效 的测试分析    仪器，如同一个高 速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析    仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪 器系统    功效 更机动 、更高效、更开放、系统    费用更低。通过与盘算 机网络连接    ，还可实现虚 拟仪器的散播式共享，更好地施展 仪器的应用 价值。    可操作性强，易用机动 虚拟

7、仪器面板可由用户定义，针对不同利用 可以设计不同的操作显示界面。应用 盘算 机的 多媒体处理    能力    可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于了解，测量效果 可以直接进入数 据库系统    或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的 可操作性大大进步 而且易用、机动 。    1.2  虚拟仪器的构成    虚拟仪器的构建首要从硬件电路的设

8、计、软件开发与设计2个方面考虑    。    硬件电路的设计首要根据    用户所面对的任务    抉择 ，其中接口设计可选用的接口总线标准    包 括GP IB总线、VXI总线等。推选 选用VXI总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速 率高、抗干扰能力    强以及良好的开放性能等优点    ，因此自198

9、7被首次推出后迅速    得到各大仪 器生产厂家的认可，目前VXI模块化仪器被觉得 是虚拟仪器的最理想    平台，是仪器硬件的发 展方向。由于VXI虚拟仪器的硬件平台的根基组成是一些通用模块和专用接口。因此硬件电 路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功效 模块来搭建。通用模块包孕：信号调 理和高速数据采集；信号输出与把持 ；数据实时处理    。这3部分概括了数字化仪 器的根基组成。将具有一种或多种功效 的通用模块组建起来，就能构成任何一种虚拟仪器。 例如应用 高速数据采

10、集模块和高速实时数据处理    模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或 1台频谱分析    仪；应用 信号输出与把持 模块和实时数据处理    模块就能构成1台函数产生 器、 1台信号源或1台把持 器。专用接口是针对特定用场仪器需要    的设计，也包孕一些现场总线 接口和各类传感器接口。系统    的首要硬件包孕把持 器、主机箱和仪器模块。常用的把持 方案   &#

11、160;有GPIB总线把持 法子    的硬件方案    、MXI总线把持 法子    的硬件方案    、嵌入式盘算 机把持 法子    的 硬件方案    3种。VXI仪器模块又称为器件（devices）。VXI有4种器件：寄放器基器件、消 息基器件、存储器器件和扩张器件。存储器器件不过是专用寄放器基器件，用来保存   &#

12、160;和传输 大宗数据。扩张器目前是备用件，为今后新型器件供给 发展通道。将VXI仪器制作    成寄放器 基器件，还是消息    基器件是首先要做出的决策。寄放器基器件的通信    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    在于速度寄放器基器件完整 是在 直接 硬件把持 这一层次上进行通信 &#

13、160;  的。这种高速通信    可以使测试系统    吞吐量大大进步 。因此，寄 存器基器件实用 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    基器件与寄放器基器件不同，他在高层次上用A SCII字符进行通信    ，与这种器件十分类似 是独立HPIB仪器。消息    基器件用一组意义 明确 

14、   的 “字串行协议    ”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 请求 。消息    基器件必须    有CPU（或DSP）进行管理与把持 。因此，消息    基器件实用 于虚拟仪器 中数字信号处理    部分的模块。  

15、;  软件的开发与设计包孕3部分：VXI总线接口软件、仪器驱动软件和利用 软件（软面板） 。软件结构    如图1所示。        VXI总线接口软件由零槽把持 器供给 ，包孕资源管理器、资源编辑    程序、交互式把持 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    ，供给 对VXI背板总线的把持 和支

16、 持，是实现VXI系统    集成的根基 。    仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的把持 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

17、、LED、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装 置等功效 部件，而且应还具有多个连贯操作面板、在线赞助    功效 等。     2  虚拟仪器在数据采集中的利用     利用    虚拟仪器制作    数据采集器可以遵守硬件设计、软件设计两个步骤来完成。    2.1  硬件设计  

18、0; 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主动 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历程 中 将数据传送到上位机，选用存储量对比 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

19、的同时进行数据传送，不丧失 任何数据。            2)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    基接口和寄放器基接口。消 息基接口的作用是通过总线传送命令，从而把持 仪器硬件的操作。通用寄放器基接口是由寄放器简略 的读写来把持 仪器硬件的操作。利用   

20、0;消息    基接口进行设计，具体消息    基接口的框图见图2。         3)采样通道把持     为了满足几种范例系统    通道把持 的请求 ，使通道的数量足够多，通道的选取对比 机动 ，可以利用    寄放器电路、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

21、选择，而且可以从任意一路起头采样，也可以到任意一路收场 采样，只要截止通道号大于起始通道号就可以了。全部 把持 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把持 寄放器中，从而设置计数器的初值以及采样的通道总数。    4)定时采样把持     由于不同的主动 测试系统    对采样光阴 间隔的请求 不同，以及同一系统    在不同的实验 中 需要  &

22、#160; 的采样光阴 间隔也不尽雷同 ，故可以采纳 程控的法子    将采样光阴 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)采样点数把持     根据    不同测试系统    的需求，将采样点数设计成可在一个对比 大的领域中任意选择，该选择同样是在软面板上进行。 

23、60;  6)采样法子    把持     总结各种主动 测试系统    的采样法子    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孕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。所有这些采样法子    ，对于数据采集器来说都可以在软面 板上进行选择。    2.2  

24、;软件设计    软件是虚拟仪器的要害 ，为使VI系统    结构    清楚 简洁    ，一般可采纳 组件化设计思想，将各部分彼此独立的软件单元分辨    制成标准    的组件，然后遵守系统    的总体请求 组成完整    的利用 系统   

25、 ，一个标准    的组件化的虚拟仪器软件系统    ，如图3所示。        利用 软件为用户供给 了建立    虚拟仪器和扩张其功效 的必要工具，以及利用    PC机、工作站的 强大功效 。同时VPP联盟提出了建立    虚拟仪器标准    结构 &

26、#160;  库（VISA）的建议，为虚拟仪器的研 制与开发供给 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孕系统    管理软件、利用 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，往往很艰苦 ，但现在NI公司供给 了所有这 四部分软件，使利用 开发比以往容易得多。 &#

27、160;  下面简略 介绍以NI公司的Lab Windows/CVI为开发环境，来进行VXI虚拟仪器的驱动程序开 发的法子    。     第一步：生成仪器模块的用户接口资源文件（UIR）。用户接口资源、文件是仪器模块 开 发者利用    Lab Windows/CVI的用户界面编辑    器为仪器模块设计的一个图形用户界面（GUI）。 一个Lab Windows/CVI的GUI由面板、命令按钮、图标、下拉菜单、曲

28、线、旋钮、唆使 表以及 许多其他把持 项和阐明 项构成。    第二步：Lab Windows/CVI事件驱动编程。利用 程序开发环境Lab Windows/CVI中设计一个 用户接口，实际上是在用户盘算 机屏幕上定义一个面板，他由各种把持 项（如命令按钮、菜 单、曲线等）构成。用户选中这些把持 项就可以产生    一系列用户接口事件（events）。例如 ，当用户单击一个命令按钮，这个按钮产生    一个用户接口事件，并传递给开发者编写的C语 言驱动程序。这是运用 

29、;   了Windows编程的事件驱动机制。Lab Windows/CVI中应用 不同类型的 把持 项，在界面编辑    器中将显示不同类型的信息，并产生    不同操作的接口事件。在Lab Wind ows/CVI的开发平台中，对事件驱动进行C程序编程时可采纳 2种根基的法子    ：回调函数法和 事件循环处理    法。    回调函数法是开发者为每一个用户界面的

30、把持 项写一个独立的用户界面的把持 函数 ，当选中某个把持 项，就调用相应的函数进行事件处理    。在循环处理    法中，只处理    GUI把持 项所产生    的COMMIT事件。通过Get User Event函数过滤，将所有的COMMIT事件区离开 ，辨认 出是由哪个把持 项所产生    的事件，并履行 相应的处理    。     第三步：利用 函数/VI集与利用 程序软件包编写。利用 函数/VI集需针对具体仪器模块 功效