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1、第二部分 现代电子测量,一、智能仪器同传统测量仪器比较,1.电子测量仪器是指采用电子技术测量电量或非电量的测量仪器。 2.而智能仪器是指计算机技术应用于电子测量仪器之中，也就是仪器内部含有微处理器系统。 3.智能仪器具有以下一些突出的特点：(1)功能较多，应用极其广泛。(2)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，按键亦可以多次复用（一键多用），甚至通过一定的键序（键语）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。,第11章 智能仪器,(3)面板显示可以采用各种数码显示器件。 (4)常带有GPIB通用接口，有完善的远程输入和输出能力。 (5)除了能通过接口
2、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，如自动量程转换、自动调零、自动校准、自动检查及自动诊断、自动调整测试点等。 (6)利用微处理器执行适当或精密的测量算法，常可克服或弥补仪器硬件电路的缺陷和弱点，从而获得较高的性价比。,二、智能仪器的基本组成,从智能仪器发展的状况来看，其基本结构可有两种类型，即:微机内藏式,微机扩展式。,(1)微机内藏式结构框图,(2)微机扩展式原理框图,三、内总线，外总线区别,外总线又称通信总线，它用于微计算机仪器与外部系统之间的通信联系。目前所通用的标准RS_232C GP_IB、CAMAC等。RS_232C串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接口
3、，它以串行方式传送信息，是用于数据通信设备（DEC）和数据终端设备（DTC）之间的串行接口总线。RS_232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15m；传送速率最大为20kbs；负逻辑电平:“1”:-5V -15V, “0”:+5V +15V 。采用RS_232C总线进行串行通信时需外接电平转换电路。,内总线又称板级总线或系统总线，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11.2.4所示。,智能仪器设计包括两大部分，即硬件设计和软件设计。1、方案设计选择总体方案。根据总体方案设计出各单元电路。硬件和软件功能划分要明确。性能指标要
4、能满足整机功能的要求，避免过多的功能闲置不用，使性价比较高。整机结构要布局合理，层次分明。货源要充足，多元化，供应要稳定可靠，有利于批量和大量生产。,四、智能仪器设计分哪两部分？设计方案步骤？具体内容？,2、硬件设计 主要硬件设计包括以下几个方面:微处理器、单片机电路设计，主要包括时钟电路、复位电路、供电电路等。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、AD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，主要包括人机对话功能，如开关、按键、键盘、显示器、语音电路
5、及报警 电路等。 了解和掌握智能仪器的应用环境条件，如温度、湿度、震动、供电电压现场干扰与工作现场等，以及采用何种措施防止干扰和进行保护等。,3.软件设计智能仪器应用系统的软件包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和数据管理程序等。软件设计尽量采用标准化、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相对独立、长度较小的模块，或称为子程序，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。,一、虚拟仪器简介,虚拟仪器（Virtual Instruments简称VI）技术发展非常迅速，所有测量测试仪器的主要功能可由数
6、据采集数据测试和分析结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器（VI）。注意：这里所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同，它可以完全替代传统台式测量测试仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。,第12章 虚拟仪器,虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。,二、虚拟仪器的发展,虚拟仪
7、器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：1、第一类：PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自已组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C+,VisualBasic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总
8、线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。,第二类：并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。,第三类：GBIB总线方式
9、的虚拟仪器GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。,第四类：VXI总线方式虚拟仪器VXI总线是一种高速计算机总线V
10、ME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。,第五类：PXI总线方式虚拟仪器PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的
11、高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有34个扩展槽，通过使用PCIPCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。,总结,虚拟仪器的发展过程有两条线： （一）、GPIBVXIPXI总线方式（适合大型高精度集成系统）GPIB 于1978年问世，VXI于1987年问世，PXI于1997年问世。（ （二）、PC插卡并口式串口USB方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景），PC插卡式于80年代初问世，并行口方式于1995年问世，串口USB方式于1999年问世。 综上所
12、述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。计算机是载体,软件是核心高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键,三、虚拟仪器的应用下面举例说明虚拟仪器在以下几个方面的应用:1.在测量方面的应用:虚拟仪器系统开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展，用于测量方面可以提高精确度、降低成本和节省用户的开发时间，因此已经在测量领域得到广泛的应用。2.在监控方面的应用:用虚拟仪器系统可以随时采集和记录从传感器传来的数据，并对之进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。,3.在检测方面的应用:在实验室中，利用虚拟仪器开发工具开发专用虚拟仪器系统，可以把一台个人计算机变成一组检测仪器，用于数据图像采集、控制
13、与模拟。4.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，不仅节省开支，而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重复利用性强等优点，使得教学方法也更加灵活。,四、虚拟仪器编程环境,LabVIEWLabVIEW是一种图形化的编程语言，它应用广泛，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成与满足了GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。,使用这种图形化的程序语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图，它尽可能利用所熟悉的术语、图
14、标和概念。因此， LabVIEW是一个面向最终用户的工具。通过定义和连接代表各种功能模块的图标，为用户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、设计、测试并实现仪器系统时，可以极大地提高工作效率。,(1)LabVIEW的基本概念 前面板。,流程图。,图标连接器。VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（SubVI），被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。 (2)LabVIEW的操作模板LabVIEW具有图形化可移动的工具模板，用于创建和运行程序。 LabVIEW共有三类模板，包括工具、控制和功能函数模板。,3.LabVIEW的主要特点(1)图形化编程软件(2)连接功能和仪器控制(3)开放式环境(4)支持多平台(5)分布式开发环境(6)分析功能(7)可视化功能(8)灵活性与可调整性,
