PXI在虚拟仪器的应用

2015-03-13 10:05:15   来源:eechina   

关键字: PXI  虚拟仪器

1、引言

PXI(PCI面向仪器的扩展)是一个新的模块化仪器平台,它能够提供高性能的测量,而价格并不十分昂贵。利用PXI模块化仪器,您可以充分享受开放式工业标准化PC技术所带来的低成本、简便易用性、灵活性及高性能等优点。PXI的核心技术是CompactPCI工业计算机体系结构、Microsoft Windows 软件及VXI的定时和触发功能。  

2、电子测量仪器的发展  
电子测量仪器发展至今,大体可分为四代:模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。

第一代模拟仪器,这类仪器在某些实验室仍能看到,如指针式万用表、晶体管电压表等。

第二代数字化仪器,这类仪器目前相当普及,如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量,并以数字方式输出最终结果,适用于快速响应和较高准确度的测量。

第三代智能仪器,这类仪器内置微处理器,既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力,可取代部分脑力劳动,习惯上称为智能仪器。它的功能块全部都是以硬件(或固化的软件)的形式存在,相对虚拟仪器而言,无论是开发还是应用,都缺乏灵活性。

第四代虚拟仪器,它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物,是传统仪器观念的一次巨大变革,是将来仪器产业发展一个重要方向。  

3、什么是虚拟仪器

虚拟仪器(Virtual Instruments,简称VI)的概念,是美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI)于1986年提出的。虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统;是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。  

3.1、虚拟仪器的优点

与传统仪器相比,虚拟仪器有以下优点:

(1) 融合计算机强大的硬件资源,突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制,大大增强了传统仪器的功能。高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。

(2) 利用了计算机丰富的软件资源,实现了部分仪器硬件的软件化,节省了物质资源,增加了系统灵活性;通过软件技术和相应数值算法,实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理;通过图形用户界面(GUI)技术,真正做到界面友好、人机交互。

(3) 基于计算机总线和模块化仪器总线,仪器硬件实现了模块化、系列化,大大缩小系统尺寸,可方便地构建模块化仪器(Instrument on a Card)。

(4) 基于计算机网络技术和接口技术,VI系统具有方便、灵活的互联(connectivity),广泛支持诸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准。因此,利用VI技术可方便地构建自动测试系统(ATS,Automatic Test System),实现测量、控制过程的网络化。

(5) 基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此,用户可根据自己的需要,选用不同厂家的产品,使仪器系统的开发更为灵活、效率更高,缩短了系统组建时间。

3.2、虚拟仪器的硬件系统

虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

计算机硬件平台可以是各种类型的计算机,如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。计算机管理着虚拟仪器的硬软件资源,是虚拟仪器的硬件基础。计算机技术在显示、存储能力、处理性能、网络、总线标准等方面的发展,导致了虚拟仪器系统的快速发展。

按照测控功能硬件的不同,VI可分为GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构。

(1) GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口总线,是计算机和仪器间的标准通讯协议。GPIB的硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准--IEEE 488.1和IEEE 488.2。它是最早的仪器总线,目前多数仪器都配置了遵循IEEE 488的GPIB接口。典型的GPIB测试系统包括一台计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器。每台GPIB仪器有单独的地址,由计算机控制操作。系统中的仪器可以增加、减少或更换,只需对计算机的控制软件作相应改动。这种概念已被应用于仪器的内部设计。在价格上,GPIB仪器覆盖了从比较便宜的到异常昂贵的仪器。但是GPIB的数据传输速度一般低于500kb/s,不适合于对系统速度要求较高的应用。(标准接口总线在20m距离内,若每2m等效的标准负载相当于使用48mA的集电极开路式发送器,则最高工作速率是250kb/s,若采用三态门发送器,一般速率为500kb/s,最高可达1000kb/s。)

(2) VXI(VMEbus eXtension for Instrumentation)即VME总线在仪器领域的扩展,是1987年在VME总线、Eurocard标准(机械结构标准)和IEEE 488等的基础上,由主要仪器制造商共同制订的开放性仪器总线标准。VXI 系统最多可包含 256个装置,主要由主机箱、"0槽"控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换,即插即用组成新系统。目前,国际上有两个VXI总线组织。①VXI联盟,负责制定VXI的硬件(仪器级)标准规范,包括机箱背板总线、电源分布、冷却系统、零槽模块、仪器模块的电气特性、机械特性、电磁兼容性以及系统资源管理和通讯规程等内容;②VXI总线即插即用(VXI Plug&Play,简称VPP)系统联盟,宗旨是通过制订一系列VXI的软件(系统级)标准来提供一个开放性的系统结构,真正实现VXI总线产品的"即插即用"。这两套标准组成了VXI标准体系,实现了VXI的模块化、系列化、通用化以及VXI仪器的互换性和互操作性。VXI的价格相对较高,适合于尖端的测试领域。

(3) PXI(PCI eXtension for Instrumentation)PCI在仪器领域的扩展,是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。其核心是 CompactPCI结构和Microsoft Windows软件。 PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等,来满足试验和测量用户的要求。PXI兼容CompactPCI机械规范,并增加了主动冷却、环境测试(温度、湿度、振动和冲击试验)等要求。这样,可保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。

(4) DAQ(Data AcQuisition)数据采集,指的是基于计算机标准总线(如ISA、PCI、PC/104等)的内置功能插卡。它更加充分地利用计算机的资源,大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。利用DAQ可方便快速地组建基于计算机的仪器(Computer-Based Instruments),实现"一机多型"和"一机多用"。 在性能上,随着A/D转换技术、仪器放大技术、抗混叠滤波技术与信号调理技术的迅速发展,DAQ的采样速率已达到1Gb/s,精度高达24位,通道数高达64个,并能任意结合数字I/O,模拟I/O、计数器/定时器等通道。仪器厂家生产了大量的DAQ功能模块可供用户选择,如示波器、数字万用表、串行数据分析仪、动态信号分析仪、任意波形发生器等。在PC计算机上挂接若干DAQ功能模块,配合相应的软件,就可以构成一台具有若干功能的PC仪器。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0313/article_11024.html
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