仪器与测试技术基础培训

培训虚拟仪器、测试仪器简介

主讲人：薛旵峰

2004年12月21日介绍仪器和自动测试系统总线技术虚拟仪器及技术规范虚拟仪器的软件开发环境与软件设计仪器技术的发展概况

指针式仪表模拟器件仪表

智能仪表数字器件仪表

个人仪器虚拟仪器仪器技术的发展概况智能仪器

实际上一个专用的微处理器系统，包含微处理器电路（CPU、RAM、ROM），模拟输入输出通道（A/D、D/A、传感器），键盘显示接口，标准通信接口（GPIB、RS—232）个人仪器

PC仪器或卡式仪器，由置于个人计算机扩展槽或专门的仪器扩展箱中的查卡或模块来实现仪器功能，这些仪器查卡或模块通过PC总线直接与计算机相连虚拟仪器

以计算机为仪器的硬件支撑，利用计算机的运算、存贮、文件管理等功能，把传统仪器的功能软件化，构成一种从外观到功能都与传统仪器相似，却依赖计算机软硬件资源实现功能的仪器系统仪器技术的发展概况虚拟仪器系统简介（一）虚拟仪器三种结构形式

GPIB总线、PC-DAQ、VXI总线（二）虚拟仪器VXI总线技术规范

VXI即插即用系统即VPP技术规范，对VXI总线系统的操作系统、编程语言、仪器驱动器、高级应用软件工具、虚拟仪器软件体系结构（VISA）、产品实现和技术支持等方面做了详细规定。VXI总线有两种仪器控制方式，1：消息基控制，如GPIB控制；2：寄存器基控制，通过访问寄存器实现仪器控制

自动测试系统总线技术概述总线的分类

片内总线：微处理器芯片内的总线，用于连接微处理器内部的各逻辑功能单元

片间总线：元件级总线，一个微处理器应用系统中连接各芯片的总线。如MOTO的SPI总线，PHILIPS的I²C总线

内总线：板级总线，是微机系统内连接各插件板的总线。常用的有：PC/XT、ISA、EISA、PCI、VME、VXI、PXI等

外总线：通讯总线，用于微机系统之间、微机系统与外设之间及微机系统与其他系统之间的通讯连接。常用的有：RS—232、USB、SCSI、GPIB、CAMAC等。自动测试系统总线技术概述自动测试系统和仪器专用总线

1）GPIB

通用接口总线的简称，是一种并行方式的外总线，包括8条数据线、5条控制线、3条挂钩线和8条地线，采用比特并行、字节串行的双向异步通信方式。IEEE在1987年6月通过IEEE488.2标准，对其代码、格式、通用命令作了标准化。

2）CAMAC系统一种总线型的模块化仪器系统，试用于核工业、航天航空、国防等领域

3）VXI

用于仪器的VME总线扩展，吸取VME总线和GPIB总线技术的一些优点，一种模块化仪器总线，具有高速、灵活性、小型化、低成本等特点

4）PXI

是PCI在仪器领域的扩展，是1997年NI公司推出的一种全新的开放式、模块化仪器总线规范其他总线

STD、ISA、EISA、PCI、USB等自动测试技术发展概况（一）第一代自动测试系统主要由数据采集系统、自动分析系统，系统的控制采用计算机或其他一些简单的逻辑盒定时电路。仪器、接口没有标准化，系统的适应性盒可扩展性差（二）第二代自动测试系统

采用标准的总线接口，配有标准化的接口电路，用同一的总线电缆将各器件连接起来，测试速度和精度大大提高。最具代表性的是CAMAC总线系统和GPIB总线系统

（三）第三代自动测试系统

随着智能仪器，个人仪器的发展，计算机和测量仪器的结合越来越紧密，出现了以计算机软件实现为核心的新型仪器系统即虚拟仪器系统，具有功能强、精度高、速度快等特点虚拟仪器技术规范VPP系统框架

仪器驱动器接口通讯接口仪器接口

应用程序开发环境ADE仪器驱动器通信管理程序

VXIGPIB

其他虚拟仪器技术规范仪器驱动器

（一）基于GPIB总线的机架堆叠式系统

用GPIB总线将厂商不同类型的台式仪器连接起来，由一台计算机控制，根据仪器厂商提供的用户手册和编程指导书，利用解释BASIC的I/O语句向仪器发送ASCII命令和接收ASCII数据串，实现自动测试

（二）标准仪器命令集

IEEE488.2标准：IEEE标准代码、格式、协议、和公用命令，在488.1规范对仪器电气、机械和功能兼容性做出规定的基础上，进一步定义了适用于IEEE488系统的标准代码和格式、于具体器件无关的消息交换通信协议以及一些公用命令，但IEE488.2只定义了仪器内部管理功能不涉及器件消息。1990年四月，HP等九家著名仪器制造商发布可程控仪器标准命令SCPI，将不同厂家的同类仪器指令标准化。不适用于一些通过访问底层寄存器来实现高性能的VXI总线仪器

虚拟仪器技术规范仪器驱动器

（三）仪器驱动器软件

20世纪80年代，开始采用模块化编程方法，并尝试研究部分仪器代码的可重用性问题，市场上出现为特定仪器预先编写的一些软件程序库，即仪器驱动程序库。（四）VPP仪器驱动器

VXI总线系统的某些优越性在于寄存器基控制。1993年VPP联盟的成立，促成了VPP仪器驱动器标准的建立。VPP仪器驱动程序比命令集编程方法高一个层次，他将各种仪器的底层通讯细节封装在高级功能函数中，用户可在自己的应用程序中直接调用这些高级函数。虚拟仪器技术规范仪器驱动器的结构模型（一）仪器驱动器外部接口模型

用户程序交互式开发者接口子程序接口编程开发者接口VISAI/O接口仪器驱动器（函数体）虚拟仪器技术规范仪器驱动器的结构模型（二）仪器驱动程序内部设计模型用户程序交互式开发者接口编程开发者接口部件函数子程序接口VISAI/O接口初始化函数关闭函数应用函数配置函数动作/状态函数数据函数实用函数虚拟仪器技术规范仪器驱动器函数命名规范

VPP-9规范定义仪器厂家的两个缩写字符开头仪器驱动器的必备函数

初始化函数复位函数自检函数错误查询函数错误消息函数版本查询函数

关闭函数

虚拟仪器软件开发与软件设计虚拟仪器的软件开发环境

（1）图形化编程环境Labview、AgilentVEE

（2）文本编程环境LabWindows/CVI

（3）可视化软件编程环境VC、VB、Delphi虚拟仪器的软件设计