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1、P虚拟仪器操作指南东南大学仪器科学与工程学院2009年6月前 言虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统中；可自由构建成各种专用仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。本台为美国NI公司P总线的虚拟仪器，主要包括：18槽机箱（NI P-1045）；嵌入式控制器（NI P-8106）；数据采集卡（NI P-6233）；高速AD卡（NI P-6133）；R系列数采卡（P-7851R）；7位半数字万用表（P-4071）；任意波形发生器（P-5421）；示波器（P-5152）；2路CAN总线卡（P-
2、8464）；4路RS422/485卡（P-8433/4）；I2C/SPI总线（USB-8451）；运动控制卡（P-7358）；运动控制软件。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从电子测量仪器发展史来看，它经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器的过程。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。不但可以和高速数据采
3、集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。在虚拟仪器技术发展中有两个突出的标志，一是V总线标准的建立和推广；二是图形化编程语言的出现和发展。前者从仪器的硬件框架上实现了设计先进的分析与测量仪器所必须的总线结构，后者从软件编程上实现了面向工程师的图形化而非程序代码的编程方式，两者统一形成了虚拟仪器的基础规范。要保证虚拟仪器具备与传统仪器匹配的实时处理能力和可靠性，很重要的一点是取决于传输测量数据的总线结构。在虚拟仪器中，其分析功能是由计算机来完成的或由计算机来控制的。因此，接口、总线的速度和可靠性是关键
4、，V总线标准的建立，使得用户可以像仪器厂商一样，从访问寄存器这样的低层资源来设计和安排仪器功能，也使得用户化仪器功能设计得以实现。V总线的出现，使得虚拟仪器设计有了一个高可靠性的硬件台。目前已出现了用于射频和微波领域的高端V仪器。当然，采用普通PC总线，尤其是工业PCI总线的虚拟仪器也在不断发展，这类虚拟仪器主要面向一般工业控制，过程监测和实验室应用。除了硬件技术外，软件技术的发展和有关国际标准的建立，也是推动虚拟仪器技术发展的决定性因素之一，在GPIB接口总线出现以后，关于程控仪器的句法格式、信息交换协议和公用命令的标准化，一直是人们关心的问题。标准程序命令(SCPI)标准的建立，向解决程控
5、命令与仪器厂家无关这一目标迈进了重要的一步。随着虚拟仪器思想的深入，用户自己开发仪器驱动器已成为技术发展的客观要求。过去仪器驱动都是由仪器厂家专门设计，缺乏标准，使得用户在仪器软件方面的投资得不到保护。为此，国际上专门制定了虚拟仪器软件体系(VISA)标准，建立了与仪器接口总线无关的标准IO软件，与Labview、HP VEE、Labwindows等先进开发环境软件相适应。开发一个用户定制的虚拟仪器在软件技术上已经成熟。可以预计，未来电子测量仪器和自动化测试技术的发展还将更多地渗透虚拟仪器的思想。 东南大学仪器科学与工程学院 祝学云 杨海波 2009年6月目 录一、NI P-1045高性能18
6、插槽机箱1二、NI P-8106 嵌入式控制器2三、NI P-6233M系列多功能数据采集卡3四、NI P-6133 S系列多功能数据采集(DAQ)模块5五、NI P-7851R多功能R系列智能数据采集(DAQ)模块7六、NI P-4071高性能、多功能7位半数字万用表9七、NI P-5421任意波形发生器11八、NI P-5152高速数字化示波器12九、NI P-8464/2 CAN控制器13十、NI P-8433/4工业RS485/RS422串行接口14十一、NI USB-8451 I2C/SPI接口15十二、NI FW-7358步进/伺服控制器16一、NI P-1045高性能18插槽机箱
7、NI P-1045是设计用于各种测试和测量应用的高性能18插槽机箱。通过编程方式对机箱背板上的触发路由模块进行配置，可以轻松地实现触发器在设备之间的路由。 适应温度广，可在0-55 C下进行操作，对于温度条件要求较高的环境是理想选择。与CompactPCI兼容的机箱具有一个用于设备同步的低抖动10 MHz参考时钟。为了导入和导出系统参考时钟，NI P-1045在机箱背部配备了两个BNC I/O连接器。主要技术指标：具有通用交流输入的可拆卸、高性能600 W电源；各段总线之间的软件可编程触发路由；内部10 MHz 参考时钟的抖动5 ps；接受3U P和3U CompactPCI模块；0-55 C
8、扩展工作温度。二、NI P-8106 嵌入式控制器NI 8106 系列的P、P Express和P实时(real-time)嵌入式控制器，均基于2.16 GHz Intel Core 2 Duo T7400双核处理器。 双核处理器有两个核心或称计算引擎，配置于同一个处理器中，实现了两项计算任务的同步执行。该优势可在多任务环境下得到体现，例如：允许多个应用程序同时运行的Windows XP。两个应用程序可以同时分别进入处理器的两个核心，提高了整体性能。双核处理器适用于任务被分为多个单独线程的应用，如：NI LabVIEW软件。一个双核处理器可同时执行众多线程中的两条，提供真正的并行执行。 与运行
9、传统单核处理器的台和仪器相比，NI P-8106和NI Pe-8106控制器将LabVIEW应用程序的性能提高了100%。此外，与使用Intel Core Duo处理器、Intel前一代双核架构的系统（如：NI P-8105和NI Pe-8105嵌入式控制器）相比，NI P-8106和NI Pe-8106控制器将LabVIEW应用程序的性能提高了46%。与NI P-8105和NI Pe-8105控制器相比，借助SYSmark校准软件的NI P-8106和NI Pe-8106控制器将整体性能提高了29%。 实时嵌入式控制器令P台能够与NI LabVIEW Real-Time配合使用，以实现确定而
10、可靠的测量和控制应用。NI P-8106 RT是性能最高的P实时控制器并通过单核模式使用处理器；与NI P-8196 RT相比，它将LabVIEW实时应用程序的性能提高了20%。Operating Temperature: 5-50 CProcessing Cores: dual-coreCPU Clock Frequency: 2.16 GHzMax System Bandwidth: 132 MB/sMax Slot Bandwidth: 132 MB/s三、NI P-6233M系列多功能数据采集卡NI P-6233是一款带隔离的M系列多功能数据采集 (DAQ)板卡。它结合了安全高效的隔离
11、和性能优越的定时、放大和校准技术，提供精确测量和精准控制。1. 隔离性能包括：瞬态安全；去噪；降低接地循环；抑制共模电压。P-6233是在高压和电子噪音环境下测试、测量、控制和设计应用程序的理想选择。 P-6233可从编码器、流量计和近接传感器中读取信息，并对阀门、泵和继电器进行控制。带隔离的M系列设备包括了M系列的高级技术，如NI-STC 2系统控制器、NI-PGIA 2可编程仪器放大器和NI-MCal校准技术，从而提高了性能和精度。了解更多关于M系列的技术，请查看有关资料。 2. 驱动软件：M系列设备可在多种操作系统上使用，有三个驱动软件可供选择，包括NI-DAQmx、NI-DAQmx B
12、ase和测量硬件DDK。NI M系列设备与传统的NI-DAQ(Legacy)驱动程序不兼容。 3. 应用软件：NI LabVIEW令创建出的自定义DAQ应用具有简易的图形化编程和500多种分析函数。 LabVIEW的每一份副本还包括用于交互式数据记录的LabVIEW SignalExpress。 M系列DAQ设备与下列NI应用软件版本（或更高版本）兼容LabVIEW 7.x、LabWindows?/CVI 7.x、或Measurement Studio 7.x；LabVIEW SignalExpress 1.x；或带LabVIEW实时模块7.1的LabVIEW。 NI M系列DAQ设备也与Vi
13、sual Studio .NET、C/C+和Visual Basic 6兼容。4. 主要技术指标：60 VDC无间断的组隔离，可承受5 s的1,400 Vrms/1,950 VDC通道至总线间隔离；2路模拟输出，16位分辨率，采样率达500 kS/s；2个计数器/定时器，32位分辨率，80MHz；NI-MCal校准技术提高了测量精度；6路数字输入和4路漏极数字输出，24V电压；NI-DAQmx驱动软件和NI LabVIEW SignalExpress交互式数据记录软件。 四、NI P-6133 S系列多功能数据采集(DAQ)模块NI P-6133 S系列多功能数据采集(DAQ)模块具有每通道专
14、用的模数转换器(ADC)，可获得最强的设备处理能力和更高的多通道精度。NI P-6133具有每通道3 MS/s的采样速率、4个1.25 V到10 V的输入范围、2个24位计数器/定时器和8条硬件定时数字I/O线，适合各种应用，其中包括： - 高速、连续的数据记录；- 瞬态和弹道学测量；- 雷达、声纳、超声；- 高能物理学；- 中频数字化。启用高速模式以获得最高采样速率：P-6133模拟输入既能通过板载实例时钟获得高达2.5 MS/s的采样速率，也能将某个板载计数器或一款外部参考用作采样时钟以获得高达3 MS/s的采样速率。直接连接：NI TB-2709可为8个P-6133模拟输入，提供直接的SMB连接。另外，还有一款专门设计的SMB连接器，可实现模拟或数字触发、计数器/定时器功能，或是设备同步时的数字信号路由。除了9个SMB连接器，您还可以将MFIT尾缆用于辅助连接器，以访问板载计数器和数字I/O线。主要技术指标：8路同步采样模拟输入，每通道具有3 MS/s采样速率并配备经启用的高速模式；1.25到10 V的4类输入范围和高容量的板载内存 (16 MS或32 MS)；8
