新型智能儀器ppt

1、第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1 個人儀器個人儀器 8.2 虛擬儀器虛擬儀器 8.3 現(xiàn)場總線儀器現(xiàn)場總線儀器 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1 個人儀器 8.1.1 個人儀器的原理及特點 1. 個人儀器及其發(fā)展過程 個人儀器（也稱pc儀器）是在智能化儀器的發(fā)展基礎(chǔ) 上出現(xiàn)的又一種新型微機化儀器,它是個人計算機與電子儀 器相結(jié)合的產(chǎn)品。這類儀器的基本構(gòu)想是將原智能儀器儀表 中測量部分的硬件電路以附加插件或模板的形式插入到pc 機的總線插槽或擴展機箱中；而將原智能化儀器中的控制、 存儲、顯示和操作運算等軟件任

2、務(wù)都移交給pc機來完成。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 由于它充分利用了pc機的軟件和硬件資源,因而相對于 傳統(tǒng)的智能儀器來說,極大地降低了成本,方便了使用,提高了 可靠性,顯示出廣闊的發(fā)展前景。在此基礎(chǔ)上,若將多種測控 儀器插件或模板組合在一個pc系統(tǒng)中,還可以構(gòu)成稱之為個 人儀器的系統(tǒng),以代替價格昂貴的gp-ib接口測試系統(tǒng)的工 作。 1） 個人儀器的主要形式 個人儀器及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為以下幾種形式： （1） 內(nèi)插式。 它把儀器插件卡直接插入到pc機內(nèi)部總線擴展槽內(nèi),如 圖8-1（a）所示。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在組成個人儀器時,由于沒有專門為儀器儀表定義

3、的總線, 各儀器之間不能直接通信, 模擬信號也無法經(jīng)總線傳遞,因此這 種形式的個人儀器及系統(tǒng)的性能不可能很高。這種結(jié)構(gòu)比較簡 單,實現(xiàn)方便,成本最低,但難以滿足重載儀器對電流功率和散熱 的要求,機內(nèi)干擾也比較嚴重。（2） 外插式?？朔?nèi)插式缺點 的辦法之一是定義新的儀器總線,并將儀器插件移到個人計算 機外的獨立機箱中去,如圖8-1（b）所示。hp公司6000系列模 塊式pc儀器系統(tǒng)就是這種形式的代表產(chǎn)品。這種形式的個人 儀器的特點是： 獨立的機箱和獨立的電源,使儀器避免了微機 的噪聲干擾； 設(shè)計了專門的儀器總線pc-ib,組成儀器系統(tǒng)很 方便；更換系統(tǒng)中與微機配合的接口卡,可適應(yīng)于多種個人計

4、算機機種,并且儀器模塊和接口電路中也使用了微處理機。因 而hp6000系統(tǒng)是一種功能很強大的多cpu分布系統(tǒng)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-1 個人儀器的結(jié)構(gòu)形式 個人計算機(pc) pc總線 儀器卡 主板 (a) 個人計算機(pc) pc總線 儀器卡主板 (b) 外部機架(插件箱) 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） vxi總線儀器系統(tǒng)。 上述形式的個人儀器及系統(tǒng)以它突出的優(yōu)點顯示 出強大的生命力。然而,由于各廠家生產(chǎn)的儀器沒有采 用統(tǒng)一的標準,用戶在組成個人儀器系統(tǒng)時不能將不同 廠家的儀器模塊和插件插在同一主機箱內(nèi),這就妨礙了 個人儀器的發(fā)展。于是,就發(fā)出了標準

5、化的呼聲。vxi 儀器系統(tǒng)就是在這種形式下應(yīng)運而生的。1987年7 月,hp、tektronix等五家電子儀器公司提出了用于儀器 模塊式插卡的新型互聯(lián)標準vxi總線。vxi總線是在 計算機使用的一種vme總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 個人儀器的主要特點 個人儀器一般具有以下特點： （1） 成本低。 在個人儀器系統(tǒng)中,每個測試功能不是由整機,而是由插 件完成的。每個插件不必具有智能儀器所需的微處理器、顯 示裝置、鍵盤、機箱等部件,因而制成本大大降低。 （2） 使用方便。 在個人儀器中,標準的儀器功能寫在操作軟件中,并備有 簡單的清單（menu）。用戶可根據(jù)清

6、單進行選擇,無需編制 程序就能完成各種測試任務(wù),操作方便。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） 制造方便。 儀器插件卡與個人計算機之間的關(guān)系遠不如智能 儀器中微處理器與測量部件之間的關(guān)系密切,而價廉物 美的個人計算機可以購買。儀器制造廠可集中精力研 制、生產(chǎn)測試插件卡,生產(chǎn)周期短,制造方便。 （4） 實時交互作用。 個人儀器是通過微機的系統(tǒng)總線連接的,相互間可 進行實時的交互聯(lián)系。例如,可讓一臺儀器去觸發(fā)另一 臺儀器,使其在時間上相互關(guān)聯(lián)；而在gp-ib系統(tǒng)中,儀 器間不能實時交互,它們只接受系統(tǒng)控制器的控制,或向 控制器提出服務(wù)請求。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. 個

7、人儀器的組成原理 1） 硬件結(jié)構(gòu) 個人儀器的硬件是由儀器插件通過總線與個人計 算機融合在一起構(gòu)成的,因而儀器插件硬件部分總有接 口和測量控制兩大部分電路,其基本結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-2 個人儀器插件的一般結(jié)構(gòu) 接口部分 地址譯 碼電路 ab db 接 口 芯 片 控制 電路 a / d s / h a / d 基準 輸 入 電 路 時鐘 d / a s / h d / a 輸 出 電 路 cb 測量控制部分 微機 內(nèi)部 總線 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖中接口部分由接口芯片、地址譯碼電路、控制電 路等部分組成,這與pc機的一般功能接口卡

8、的接口電路 基本一致。它的測量控制部分與智能儀器的測量控制部 分電路也基本一致,一般包括輸入輸出電路、采樣保持電 路、a/d轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器、時基與時鐘等部分。 2） 軟面板 個人儀器不同于普通智能儀器的一個顯著特點是： 用戶不再使用儀器的硬面板,而是采用軟面板實現(xiàn)對儀器 的操作。所謂軟面板,是指在高分辨率crt上由作圖生成 的儀器面板圖形。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 用戶通過操縱鍵盤,移動鼠標、光標或觸摸屏方式 來選擇軟面板上的“軟按鍵”。顯示在crt上的軟面 板可以采用c語言、basic語言及圖形化編程語言來繪 制。軟面板根據(jù)測控儀器的性質(zhì)不同可以有很多種形 式,但一般包括

9、儀器面板顯示、軟按鍵操作、狀態(tài)反饋 欄和系統(tǒng)控制窗口等。 3） 個人儀器系統(tǒng)軟件 個人儀器系統(tǒng)一般有人工和程序兩種控制方式,圖 8-3為個人儀器軟件系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-3 個人儀器軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟 面 板 控 制 人 工 控 制 pc機 操 作 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 表 儀 器 驅(qū) 動 程 序 用 戶 程 序 程 序 控 制 gp-ib 命 令 庫 gp-ib 儀 器 儀 器 模 塊 1儀 器 模 塊 2儀 器 模 塊n個 人 儀 器 模 塊 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在人工控制方式下,系統(tǒng)軟件在微機屏幕上產(chǎn)生一 個軟面板,用戶可以像操作傳統(tǒng)

10、儀器那樣,通過軟面板選 擇功能、量程以及輸入有關(guān)參數(shù)的方式,建立起相應(yīng)的 狀態(tài)標志,提供給儀器驅(qū)動程序。軟面板的鍵盤操作一 般是以中斷方式實現(xiàn)的,當用戶按下一個鍵時,軟面板就 終止當前執(zhí)行的功能,判斷所按的鍵。如果按下錯誤的 鍵,就發(fā)出響聲以提醒用戶； 如果按下正確的鍵,則顯示 所選參數(shù),或者與儀器驅(qū)動程序模塊進行通信來執(zhí)行某 項操作,并實時顯示測量結(jié)果。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 在程序控制方式下,系統(tǒng)軟件提供了容易記住和容 易學(xué)會的高級命令,以便讓用戶能編制測試程序去進行 自動測試。對于用戶來說,只需要按照語句的格式進行 編程,而不必知道儀器驅(qū)動軟件與儀器模塊之間的通信 過程。

11、 儀器驅(qū)動程序是最低層的軟件,是與pc儀器硬件直 接聯(lián)系的軟件模塊。無論人工操作還是程序操作方式, 都要調(diào)用儀器驅(qū)動程序去執(zhí)行輸入輸出操作。儀器驅(qū) 動程序是直接面向硬件的,實時性強,要求程序的執(zhí)行速 度快,因此一般采用匯編語言編寫。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.1.2 典型個人儀器實例 1. 內(nèi)插式個人儀器 下面將以數(shù)字式電壓表dvm個人儀器為例,簡單介 紹內(nèi)插式個人儀器。通過本節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)者將掌握個 人儀器的最基本特點并初步建立起個人儀器的概念。 下面著重從硬件結(jié)構(gòu)、軟面板的生成和軟件系統(tǒng)的設(shè) 計三個方面進行介紹。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 1） dvm個人儀器插

12、卡硬件結(jié)構(gòu) dvm儀器插卡硬件結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。該儀器的輸 入電路由輸入衰減器、前置放大器、量程轉(zhuǎn)換和自動 穩(wěn)零切換電路組成,個人計算機通過接口電路對其進行 控制。輸入電路的作用是將不同量程的被測電壓ux規(guī) 范到a/d轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值（02 v）。前置放 大器采用mc7650組成的單級同相放大器,放大倍數(shù)為1 倍或10倍,由繼電器jk2控制切換；輸入衰減系數(shù)為0.01, 由繼電器jk1控制切換；零點校準由jk3控制。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-4 dvm個人儀器插件硬件結(jié)構(gòu)圖 5 v 基 準 14433 q 0 q3 ds 1 ds4 8255 pa u r d 0

13、d7 pc 0 eoc du a/d u x pc 4 pc 3 pc 6 pc 總 線 d 0 d7 111 譯 碼 a 0 a9 5 v 5 v cs9 k 1 k 7056 jk 2 5 v jk 1 5 v 100 k 9.9 m 100 k jk 3 u x 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 控制接口電路使用8255 c口,8255 c口初始化為輸出方 式。其輸出端pc3、pc4、pc6經(jīng)7406驅(qū)動jk1、jk2和jk3繼 電器。儀器的a/d轉(zhuǎn)換器采用mc14433雙積分集成a/d轉(zhuǎn)換 器芯片。譯碼電路采用74ls138芯片。 2） 軟面板的生成 圖8-5是dvm個人儀器軟面板

14、,不難看出,它與同類智能 儀表的硬件面板極其相似。 顯示窗用來顯示測量結(jié)果；狀態(tài)反饋窗提供當前正在 執(zhí)行的有關(guān)信息及出錯信息等；“軟鍵”操作窗又分成量 程鍵區(qū)域和功能鍵區(qū)域兩部分,可以通過按下pc機的tab鍵 來進行切換選擇。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 “軟鍵”操作窗的“鍵”操作,是通過pc機鍵盤右 邊小鍵盤中的四個方向鍵來控制光標的移動的。當光 標移到某一項時,就使該項以反相映像的形式進行顯示, 如圖8-5所示的狀況。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-5 dvm個人儀器軟面板 auto200 v20 v2.0 v0.2 vdef2def3 def1d(x) hlal

15、og lmt% ax b個人儀器dvm 10.94 v 功能 鍵區(qū) 標志區(qū) 顯示窗 量程鍵區(qū) 狀態(tài) 反饋窗 ax b a0.50 b2.00 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 此時若按回車鍵,則表示該“軟鍵”被選中,同時在軟面 板前方彈出一個對話框,用戶通過軟件引導(dǎo),直接通過pc機鍵 盤輸入其常數(shù)a與b的值,然后按下確認軟鍵“ok”,便進入 該項功能的測量。圖8-5所示的軟面板表示正在執(zhí)行ax+b 標度變換功能,其常數(shù)為a=0.5,b=2.00,量程為20v。其他 軟操作鍵的操作與此類似。但def1def3為三個用戶自 定義功能鍵,可以按照用戶自己的實際需要,使用c語言和儀 器軟件系統(tǒng)提供

16、的功能程序模塊進行編程來對此功能鍵進 行定義,這種靈活的功能擴展方式在個人儀器中是比較容易 實現(xiàn)的。此外,為了增強人機交互效果,軟面板以及彈出的窗 口中都使用漢字顯示。這個實例的軟面板是用c語言調(diào)用繪 圖程序繪制而成的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3） 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 個人儀器是通過交互圖形實現(xiàn)人機接口的,這就要求 所用程序設(shè)計語言具有很強的控制流和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),運行速 度快,并且容易與匯編語言接口。本dvm個人儀器控制軟 件采用了c語言。 dvm個人儀器軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),其中主程序 模塊是整個軟件系統(tǒng)的一條主線,它把所有其他的程序模 塊連接起來。主程序首先對整個儀器以及系統(tǒng)中的

17、有關(guān)器 件初始化,再調(diào)用軟面板生成模塊,然后把余下的模塊構(gòu)成 一個循環(huán)圈,儀器的功能都在這一循環(huán)圈中有選擇地周而 復(fù)始地運行。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 由于儀器的功能較多,程序進程復(fù)雜,因此程序流程采 用狀態(tài)參數(shù)控制方式,即在程序中建立一些狀態(tài)變量,當用 戶選擇不同的功能時就改變狀態(tài)變量,程序再根據(jù)這些狀 態(tài)變量進入相應(yīng)的功能。軟鍵盤管理程序模塊的功能就 是根據(jù)用戶對軟鍵的選擇來改變狀態(tài)變量,然后根據(jù)這些 變量進入不同的驅(qū)動程序模塊。 根據(jù)以上思路,dvm個人儀器主程序流程圖如圖8-6 所示。其中fn為功能狀態(tài)字,主程序根據(jù)fn進入不同的 功能模塊。 第第8章章 新型智能儀器新型

18、智能儀器 圖 8-6 dvm個人儀器主程序流程圖 開 始 初 始 化 管 理 軟 面 板 生 成 軟 面 板 管 理 采 樣 處 理 自 動 量 程 ？ n 自 動 量 程 處 理 y 功 能 fn5？ ny 送 結(jié) 果 ， 測 量 次 數(shù) n 1 n n 預(yù) 定 次 數(shù) ？ n y 顯 示 處 理 log功 能 處 理 6 hla功 能 處 理 7 dfe3功 能 處 理 10 68 暫 停 ， 按 任 意 鍵 繼 續(xù) dvm功 能 處 理 1 ax b功 能 處 理 2 dfe1功 能 處 理 5 顯 示 處 理 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 dvm個人儀器的測量方式按不同功能可分

19、為單次 測量和定次數(shù)測量方式。其中dvm、ax+b、lmt等 功能被程序確定為單次測量方式；hla、log等功能 被程序確定為定次數(shù)測量方式。 主程序中軟面板管理程序模塊的功能是：采用光 標法移動軟鍵來選擇儀器的狀態(tài)（量程、功能等）,通 過提示的方法引導(dǎo)用戶輸入各功能所必需的參數(shù)。當 返回主程序時,儀器便在新設(shè)置的狀態(tài)及新輸入的參數(shù) 下進行測量和處理。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. hp-pc個人儀器簡介 hp-pc個人儀器系統(tǒng)是hp公司1986年推出的。當時該 系統(tǒng)共提供了8種個人儀器組件， 即函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字多 用表、通用計數(shù)器、數(shù)字示波器、數(shù)字輸入輸出設(shè)備、繼 電式多路器、

20、雙數(shù)/模變換器和繼電器驅(qū)動器。每一種個人 儀器組件都封裝在一個塑料機殼中,但它們擁有同一種總線 標準,通過一塊專用接口卡能與多種個人計算機相連。一塊 插入個人計算機總線擴展槽內(nèi)的專用接口板,最多可以連接 8臺個人儀器組件,所有個人儀器組件公用一個外部電源,8臺 儀器組件分兩排疊放在電源上部,形成了簡單方便的儀器系 統(tǒng)。若再增加一塊接口板,可以使接入的pc儀器組件最多增 加至16臺。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 每種個人儀器組件中僅保留基本的測量功能,儀器的控制 和數(shù)字、狀態(tài)、波形的顯示以及儀器的開關(guān)和按鍵等的管理, 都集中于pc中,個人儀器組件本身不再具有傳統(tǒng)的獨立功能。 pc對hp

21、-pc儀器的控制有程序控制和人工控制兩種方 式。 在人工控制方式下,hp-pc儀器系統(tǒng)軟件在pc機的屏幕上 向用戶提供一幅可以人機對話的軟面板。 在程序控制方式下,用戶可以使用pc儀器的軟件方便地 編制各種應(yīng)用程序。pc儀器系統(tǒng)軟件采用的語句與basic語 言類似。hp-pc儀器系統(tǒng)還帶有g(shù)p-ib口,以便于和其他帶 gp-ib總線的儀器連接,應(yīng)用于自動測試系統(tǒng)中。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 hp-pc個人儀器系統(tǒng)采用pc-ib總線, 其軟面板和dvm個人儀器軟面板相類似,這里不再贅述。 hp-pc儀器系統(tǒng)中的pc儀器組件由測試功能電路和pc- ib接口兩部分組成。雖然pc儀器中大

22、量工作已轉(zhuǎn)移到pc中 完成,但是由于微處理器芯片價格大幅度下降,因此為了設(shè)計 及控制的方便,在pc儀器組件中也可以采用一片至數(shù)片微處 理器,以便更好地完成測試和接口功能。圖8-7是hp-pc儀器 中dmm組件部分電路框圖。測試功能部分采用了一片微處 理器對a/d轉(zhuǎn)換進行控制,并設(shè)置了量程與模式鎖存器來存放 從個人計算機收到的控制信號,以便控制dmm的量程和功能 模塊。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 測試功能部分的前端有三個可控開關(guān)：s3閉合時測 直流電壓；s2閉合時測交流電壓；s1及s3均閉合時進行 電阻測量,這時電流源供給一個確定的電流流經(jīng)被測電 阻,通過測量電阻上的電壓獲得電阻值。

23、非易失性存儲 器用來存儲測量中的標準或定標常數(shù)。a/d控制用微處 理器從a/d轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù),并對偏移和增益進行校正 后,才把數(shù)據(jù)送往個人計算機。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-7 hp-61013 dmm組件電路 電 流 源 參 考 電 壓 光 電 隔 離 串 行 鏈 路 串 行 通 信 單 片 機 串 行 pc -ib接 口 a / d控 制 cpu 非 易 失 性 ram 控 制 數(shù) 據(jù) a / d dc s3 s1 輸 入ac ac / dc 變 換 器 s2 增 益 量 程 與 模 式 鎖 存 器 增 益 、 轉(zhuǎn) 換 控 制 測 試 功 能 部 分接 口 部 分 a

24、a 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 pc-ib接口部分采用單片機管理,接口的光電隔離串行鏈 路滿足了dmm需要浮置的要求。由于光電隔離使組件部分與 個人計算機分開,因此dmm組件也不必像一般智能dmm那樣 采用兩套電源供電,使電路大為簡化?？偟目磥?整個dmm個 人儀器組件的規(guī)模大體上與智能dmm中的模擬部分相當。 3. vxi總線個人儀器簡介 這里僅對vxi總線個人儀器系統(tǒng)的組建情況作一簡單介 紹。 vxi總線個人儀器系統(tǒng)是一種計算機控制的功能系統(tǒng),在 很寬的范圍內(nèi)允許不同廠家生產(chǎn)的儀器接口卡和計算機以模 塊的形式共同存在于同一主機箱內(nèi)。vxi系統(tǒng)的組建按照主 控計算機放置在機架內(nèi)部或

25、外部,分為內(nèi)控方式和外控方式。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-8（a）給出了一個典型外控方式vxi個人儀器系統(tǒng) 構(gòu)成圖。主機架外部的主控計算機可以通過gp-ib、rs- 232c、mxi、vem等多種總線與vxi系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)。其中溝通兩 種總線的翻譯器接口放在0號插座內(nèi),這是系統(tǒng)惟一需要固定 的插件,被稱為零槽插件。 目前比較流行的外控方式是采用具有g(shù)p-ib接口的外主 控計算機,這種結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)點是兼容性強,特別是在使用 ieee 488.2和scpi后,更換設(shè)備可以基本不改變或少改變程序。 對gp-ib系統(tǒng)較熟悉的編程人員,可以像控制gp-ib系統(tǒng)一樣 控制vxi系統(tǒng),并且可以借

26、鑒大量成熟的軟件。這種采用gp- ib總線的控制方式會造成數(shù)據(jù)在這段路徑上傳輸速率的下降, 因此應(yīng)盡可能在vxi主機箱內(nèi)部對數(shù)據(jù)進行加工、處理,以使 gp-ib總線傳輸盡可能少的數(shù)據(jù)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 外主控器通過mxi和vme總線對vxi系統(tǒng)控制時,往往 可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率,特別是vxi總線是一種適用于vxi 系統(tǒng)的很有希望的總線,但這種方式往往要求對vxi系統(tǒng)內(nèi) 部工作情況有細致的了解。通過rs-232c進行聯(lián)系速度慢, 但可以通過modem接遠程計算機。 圖8-8（b）給出了一個典型的內(nèi)控方式vxi儀器系統(tǒng) 示意圖。由于系統(tǒng)內(nèi)有一個內(nèi)插式主計算機,因此控制器能 直

27、接運用高速指令訪問vxi各儀器模塊,通信速度很快。除 此之外，在便攜方面也需要內(nèi)控方式的vxi儀器系統(tǒng)。內(nèi) 控方式的最大缺點是人機交互和編程較困難,兼容性較差。 當然,目前有些廠家已能提供性能優(yōu)良的內(nèi)插式主控計算機, 使其性能接近于外控計算機。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-8 vxi總線儀器系統(tǒng)的組建 (a) 外控方式；(b) 內(nèi)控方式 內(nèi)控計算機ram儀器1儀器2儀器3 (b) (a) 儀器1儀器2儀器3儀器40# 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-9是選用c型主機架的hp75000外控式vxi儀器系 統(tǒng)裝配示意圖。外部控制器可以采用一臺個人pc機,通過 gp-i

28、b、rs-232c、mxi、vme等總線或者以太網(wǎng)與主機 架連接。主機架上的0號插槽指定為放置指令模板用。指 令模板主要承擔vxi系統(tǒng)資源管理以及gp-ib總線對vxi 總線的翻譯功能。插入其他插槽中的每一個儀器或設(shè)備都 是vxi總線儀器模板。本系統(tǒng)的主機架最多可以插放13個 標準寬度的模板。有的儀器只需一個模板,而有的儀器則 需要用兩個模板來構(gòu)成（如圖中的數(shù)字設(shè)備）。與個人計 算機相連的gp-ib總線還可以接至其他vxi系統(tǒng)或其他gp- ib儀器系統(tǒng),可見這種系統(tǒng)的組成是很靈活的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-9 hp75000外控式vxi儀器系統(tǒng) 用 戶 定 制 模 板

29、字 備 數(shù) 設(shè) 模 擬 開 關(guān) 模 擬 矩 陣 開 關(guān) rf 開 關(guān) 數(shù) 字 交 換 器 計 數(shù) 器 函 數(shù) 發(fā) 生 器 數(shù) 字 多 用 表 功 率 表 指 令 模 板 個人計算機 軟面板 gp-ib gp-ib 儀器 其他vxi系統(tǒng) 被測件 (dut) vxi 總 線 主 機 架 與dut之間的 信號 接口連接組件 ita 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 本系統(tǒng)可以同時進行多種測量,只需將來自各種儀 器的信號經(jīng)各種電子轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接口連接組件板ita, 再接到被控設(shè)備中去即可。這種組件板適應(yīng)性很強,一 般被稱作接口適配器,只要改變一下內(nèi)部的適配器和軟 件,便可測試各種電子產(chǎn)品。 vxi

30、個人儀器系統(tǒng)集中了智能儀器、gp-ib系統(tǒng)和 內(nèi)插式個人儀器系統(tǒng)的很多優(yōu)點,它的出現(xiàn)極大地影響 了電子儀器的發(fā)展進程。由于它還能充分發(fā)揮計算機 的功能,運用新的測量原理構(gòu)成虛擬儀器,因而vxi系統(tǒng) 還有“未來儀器”和“未來系統(tǒng)”之稱。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.2 虛擬儀器虛擬儀器 8.2.1 虛擬儀器的原理及特點 1. 虛擬儀器的概念 虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與必要的 功能化硬件模塊結(jié)合起來的一種儀器,用戶可以通過友好 的圖形界面來操作這臺計算機,就像操作自己定義,自己專 門設(shè)計的一臺單個傳統(tǒng)儀器一樣,從而完成對被測控參數(shù) 的采集、運算與處理、顯示、數(shù)據(jù)存儲、輸出

31、等任務(wù)。 虛擬儀器通常由計算機、儀器模塊和軟件三部分組成。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 儀器模塊的功能主要靠軟件實現(xiàn),通過編程在顯示屏 上構(gòu)成波形發(fā)生器、示波器或數(shù)字萬用表等傳統(tǒng)儀器的軟 面板；而波形發(fā)生器發(fā)生的波形、頻率、占空比、幅值和 偏置,或者示波器的測量通道、標尺比例、時基、極性、 觸發(fā)信號（沿口、電平、類型）等都可用鼠標或按鍵 進行設(shè)置,如同常規(guī)儀器一樣使用,不過,虛擬儀器具有更 強的分析處理能力。隨著計算機技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā) 展,用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統(tǒng)觀念正在 改變, 而用戶自己設(shè)計、定義的范圍進一步擴大。同一臺 虛擬儀器可在更多場合應(yīng)用,比如既可在電

32、量測量中應(yīng)用, 又可在振動、運動和圖像等非電量測量中應(yīng)用,甚至在網(wǎng) 絡(luò)測控中應(yīng)用。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器強調(diào)軟件的作用,提出“軟件就是儀器” 的理念。它克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定 而不能變動的缺陷,擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器 再連成系統(tǒng)的模式,變?yōu)橛捎脩舾鶕?jù)自己的需要,通過編 制不同的測控軟件來組合成各種虛擬儀器。其中許多 功能直接就由用戶軟件來實現(xiàn),打破了儀器功能只能由 廠家定義,用戶無法改變的模式。 當用戶的測控要求變化時,可以方便地由用戶自己 來增減軟、硬件模塊,或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足要求。 所以虛擬儀器是由用戶自己定義、自由組合的計算機 平臺、

33、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. 虛擬儀器的組成 虛擬儀器同智能儀器一樣,也是由硬件和軟件兩大部分 組成的。下面就從這兩個方面介紹虛擬儀器的構(gòu)成。 1） 虛擬儀器的硬件系統(tǒng) 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控 功能硬件。計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機,如普 通臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。 計算機管理著虛擬儀器的硬、軟件資源,是虛擬儀器的硬件 基礎(chǔ)。計算機技術(shù)在顯示、存儲能力、處理性能、網(wǎng)絡(luò)、 總線標準等方面的發(fā)展,導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器不強調(diào)每一個儀

34、器功能模塊就是一臺儀器,而 是強調(diào)選配一個或幾個帶共性的基本儀器硬件來組成一個 通用硬件平臺,通過調(diào)用不同的軟件來擴展或組成各種功能 的儀器或系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的智能儀器一樣,虛擬儀器也可以劃 分成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達三個部分。 傳統(tǒng)的智能儀器是由廠家將上述三種功能的部件根據(jù) 儀器功能按固定方式組建的,一般一種儀器只有一種功能或 數(shù)種功能。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通 用模塊組合起來,通過編制不同的測控軟件來構(gòu)成任何一種 儀器,而不是某幾種儀器。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 例如,激勵信號可先由微機產(chǎn)生數(shù)字信號,再經(jīng)d/a變 換產(chǎn)生所需的各種模擬信號,這相當于一臺

35、任意波形發(fā)生 器。被測信號經(jīng)過采樣、a/d變換成數(shù)字信號,再經(jīng)過處 理,可以直接以數(shù)字顯示而形成數(shù)字電壓表一類儀器；也 可以用圖形顯示而成為示波器類儀器；或者再對數(shù)據(jù)進 一步分析,即可形成頻譜分析類儀器。其中,數(shù)據(jù)分析與處 理以及顯示等功能可以直接由軟件完成。這樣就擺脫了 由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器然后再連成系統(tǒng)的模式,而變 成僅僅由計算機、a/d轉(zhuǎn)換器及d/a轉(zhuǎn)換器等帶共性的硬 件資源和應(yīng)用軟件共同組成虛擬儀器的新理念。許多廠 家已研制出多種用于構(gòu)建虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集卡 （daq）。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 一塊daq卡即可以完成a/d轉(zhuǎn)換、d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)字 i/o、計數(shù)器/定時

36、器等多種功能,再配以相應(yīng)的信號調(diào) 理組件以及gp-ib儀器、vxi總線儀器、pc總線儀器、 帶有rs-232的串行口儀器、現(xiàn)場總線儀器等,形成現(xiàn)階 段虛擬儀器的硬件平臺,如圖8-10所示。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-10 虛擬儀器硬件平臺 圖像采集(dsp) 插入式daq卡 gp-ib儀器卡 vxi儀器卡 串行口儀器卡 現(xiàn)場總線設(shè)備 采集處理 測 控 對 象 信號處理 數(shù)字濾波 線性化 頻譜分析 統(tǒng)計 分析圖形用戶接口 文件i / o 數(shù)據(jù)存儲 顯示 硬復(fù)制 網(wǎng)絡(luò)傳輸 數(shù)據(jù)分析結(jié)果表達 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖8-10中,gp-ib（general purp

37、ose interface bus）通用接 口總線,是計算機和儀器間的標準通信協(xié)議。gp-ib的硬件規(guī) 格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標準ieee 488.1和ieee 488.2。它是最早的儀器總線,目前多數(shù)儀器都配置了遵循 ieee 488的gp-ib接口。典型的gp-ib測試系統(tǒng)包括一臺計算 機、一塊gp-ib接口卡和若干臺gp-ib儀器。每臺gp-ib儀器 有單獨的地址,由計算機控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、 減少或更換,只需對計算機的控制軟件作相應(yīng)改動。這種概念 已被應(yīng)用于儀器的內(nèi)部設(shè)計。在價格上,gp-ib儀器覆蓋了從 比較便宜的到異常昂貴的儀器。但是gp-ib的數(shù)據(jù)傳輸速率 一般低

38、于500 kb/s,不適合于對系統(tǒng)速率要求較高的應(yīng)用。標 準接口總線的長度應(yīng)在20 m距離內(nèi)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 vxi（vmebus extension for instrumentation）即 vme總線在儀器領(lǐng)域的擴展,是1987年在vme總線、 eurocard標準（機械結(jié)構(gòu)標準）和ieee 488等的基礎(chǔ)上, 由主要儀器制造商共同制定的開放性儀器總線標準。 vxi 系統(tǒng)最多可包含 256個裝置,主要由主機箱、“0槽” 控制器、具有多種功能的模塊儀器和驅(qū)動軟件、系統(tǒng)應(yīng) 用軟件等組成。 系統(tǒng)中各功能模塊可隨意更換,即插即用組成新系統(tǒng)。 目前,國際上有兩個vxi總線組

39、織。 vxi聯(lián)盟,負責制定 vxi的硬件（儀器級）標準規(guī)范,包括機箱背板總線、電 源分布、冷卻系統(tǒng)、零槽模塊、儀器模塊的電氣特性、 機械特性、電磁兼容性以及系統(tǒng)資源管理和通信規(guī)程等 內(nèi)容。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 vxi總線即插即用(vxi plug&play,簡稱vpp)系 統(tǒng)聯(lián)盟,其宗旨是通過制定一系列vxi的軟件（系統(tǒng)級） 標準來提供一個開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),真正實現(xiàn)vxi總線 產(chǎn)品的“即插即用”。這兩套標準組成了vxi標準體 系,實現(xiàn)了vxi的模塊化、系列化、通用化以及vxi儀 器的互換性和互操作性。vxi的價格相對較高,適合于 尖端的測試領(lǐng)域。 第第8章章 新型智能儀器新型

40、智能儀器 daq（data acquisition）數(shù)據(jù)采集,指的是基于計算機 標準總線（如isa、pci、pc/104等）的內(nèi)置功能插卡。它 更加充分地利用計算機的資源,大大增加了測試系統(tǒng)的靈活 性和擴展性。利用daq可方便快速地組建基于計算機的儀 器（computerbased instruments），實現(xiàn)“一機多型”和 “一機多用”。 在性能上,隨著a/d轉(zhuǎn)換技術(shù)、儀器放大技 術(shù)、抗混疊濾波技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)的迅速發(fā)展,daq的采 樣速率已達到1 gb/s,精度高達24位,通道數(shù)高達64個,并能任 意結(jié)合數(shù)字i/o,模擬i/o、計數(shù)器/定時器等通道。儀器廠家 生產(chǎn)了大量的daq功能模塊

41、供用戶選擇,如示波器、數(shù)字萬 用表、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號分析儀、任意波形發(fā)生器 等。在計算機上掛接若干daq功能模塊,配合相應(yīng)的軟 件,就可以構(gòu)成一臺具有若干功能的儀器。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) 基本硬件確定之后,要使虛擬儀器能按用戶要求自行 定義,必須有功能強大的軟件平臺支持。早先的軟件開發(fā) 環(huán)境很不理想,即使是用c、c+高級語言也會感到與高速 測試及縮短開發(fā)周期的要求極不適應(yīng)。經(jīng)過大量工作,現(xiàn) 在基于圖形的用戶接口和開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器軟件工作中 最流行的發(fā)展趨勢。典型的軟件產(chǎn)品有ni公司的lab view（laboratory virtual i

42、nstrument workbench,實驗室虛 擬儀器工作平臺）；hp公司的hp vee和hp tig； tektronix公司的ez-test和tns等,其中l(wèi)ab view應(yīng)用的影 響最大。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 虛擬儀器最核心的思想,就是利用計算機的軟件和 硬件資源,使本來需要硬件或電路實現(xiàn)的技術(shù)軟件化和 虛擬化,最大限度地降低系統(tǒng)成本,增強系統(tǒng)的功能與靈 活性。虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)如圖8-11所示?；谲浖?在虛擬儀器系統(tǒng)中的重要作用,從低層到頂層,虛擬儀器 的軟件系統(tǒng)框架包括三個部分： visa庫、儀器驅(qū)動程 序、應(yīng)用軟件。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖

43、8-11 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 應(yīng)用軟件 儀器驅(qū)動程序 visa庫 vxiserialgp-ib等 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （1）visa（virtual instrumentation software architecture） 庫。 visa庫實質(zhì)就是標準的i/o函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱, 一般稱這個i/o函數(shù)庫為visa庫。它駐留于計算機系統(tǒng)之中, 執(zhí)行儀器總線的特殊功能,是計算機與儀器之間的軟件層連接， 用來實現(xiàn)對儀器的控制。對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來 說,visa庫是一個可調(diào)用的操作函數(shù)庫或集合。 （2） 儀器驅(qū)動程序。 儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟

44、件程序集合,是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個儀器模塊 都有自己的儀器驅(qū)動程序,儀器廠商將其以源代碼的形式提供 給用戶,用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用儀器驅(qū)動程序。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 （3） 應(yīng)用軟件。 應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上,直接面對操作用 戶,通過提供直觀、友好的操作界面,豐富的數(shù)據(jù)分析與處 理功能來完成自動測試任務(wù)。應(yīng)用軟件還包括通用數(shù)字 處理軟件。 通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號處理的各種功 能函數(shù),如頻域分析的功率譜估計、fft、fht、逆fft、 逆fht和細化分析等；時域分析的相關(guān)分析、卷積運算、 反卷運算、均方根估計、差分積分運算和排序等；濾波 設(shè)計中的數(shù)字

45、濾波等。這些功能函數(shù)為用戶進一步擴展 虛擬儀器的功能提供了基礎(chǔ)。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3. 虛擬儀器的特點 與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器除了在性能、易用性、用戶 可定制性等方面具有更多優(yōu)點外,在工程應(yīng)用和社會經(jīng)濟效 益方面也具有突出優(yōu)勢。 一方面,目前我國高檔臺式儀器如數(shù)字示波器、頻譜分 析儀、邏輯分析儀等還主要依賴進口,這些儀器加工工藝復(fù) 雜,要求很高的制造技術(shù),國內(nèi)生產(chǎn)尚有困難。采用虛擬儀器 技術(shù),可以通過只采購必要的通用數(shù)據(jù)采集硬件來設(shè)計自己 的儀器系統(tǒng)。另一方面,用戶可以將一些先進的數(shù)字信號 處理算法應(yīng)用于虛擬儀器設(shè)計,提供傳統(tǒng)臺式儀器不具備的 功能,而且完全可以通過軟件

46、配置實現(xiàn)多功能集成的儀器設(shè) 計。因此,可以說虛擬儀器代表了未來測量儀器設(shè)計發(fā)展的 方向。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 與傳統(tǒng)儀器比較,虛擬儀器還有許多其他優(yōu)點： (1） 融合計算機強大的硬件資源,突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù) 處理、顯示、存儲等方面的限制,大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。 高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬 儀器的標準配置。 (2） 利用了計算機豐富的軟件資源,實現(xiàn)了部分儀器硬件 的軟件化,節(jié)省了物質(zhì)資源,增加了系統(tǒng)靈活性。通過軟件技術(shù) 和相應(yīng)數(shù)值算法,實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處 理；通過圖形用戶界面(gui)技術(shù),真正做到界面友好、人機 交互。 (3

47、） 基于計算機總線和模塊化儀器總線,儀器硬件實現(xiàn)了 模塊化、系列化,大大縮小了系統(tǒng)尺寸,可方便地構(gòu)建模塊化儀 器（instrument on a card）。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 (4）基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù),vi系統(tǒng)具有方便、 靈活的互聯(lián)(connectivity)特性,該特性廣泛支持諸如can、 fieldbus、profibus等各種工業(yè)總線標準。因此,利用vi技 術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)（ats,automatic test system）, 實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。 (5）基于計算機的開放式標準體系結(jié)構(gòu),虛擬儀器的硬、 軟件都具有開放性、模塊化、可重復(fù)使

48、用及互換性等特點。 因此,用戶可根據(jù)自己的需要,選用不同廠家的產(chǎn)品,使儀器系 統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高,縮短了系統(tǒng)組建時間。 (6） 研制費用低而且部分軟、硬件可以重復(fù)利用,技術(shù)更 新快（周期12年）。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 8.2.2 lab view虛擬儀器開發(fā)平臺簡介 1. lab view的功能 lab view是美國ni公司研制的一個功能強大的虛 擬儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺,是具有直觀界面、便于開發(fā)、易 于學(xué)習(xí)且具有多種儀器驅(qū)動程序和工具的大型儀器系 統(tǒng)開發(fā)工具。lab view基于圖形化編程語言g開發(fā)環(huán) 境,它采用了工廠人員所熟悉的術(shù)語、圖標等圖形化符 號來代替基于文字的

49、常規(guī)程序語言,把復(fù)雜煩瑣、費時 的語言編程簡化成簡單、直觀、易學(xué)的圖形編程,同傳 統(tǒng)的程序語言相比,可以節(jié)省約80%的程序開發(fā)時間。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 這一特點也為那些不熟悉c、c+等計算機語言的 開發(fā)者帶來了很大的方便。lab view整合了gp-ib、 vxi、pxi、rs-232c和rs-485以及數(shù)據(jù)采集卡daq等 硬件通信的全部功能；它還提供了調(diào)用tcp/ip、 activex等軟件標準的庫函數(shù)及代碼接口節(jié)點等功能,方 便了用戶直接調(diào)用由其他語言編制成的可執(zhí)行程序,使 得lab view編程環(huán)境具有一定的開放性。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 lab vi

50、ew的基本程序單位是vi?？梢酝ㄟ^圖形編程 的方法,建立一系列的vi,來完成用戶指定的測試任務(wù)。對 于簡單的測試任務(wù),可由一個vi完成；對于一項復(fù)雜的測 試任務(wù),則可按照模塊設(shè)計的概念,把測試任務(wù)分解為一系 列的任務(wù),每一項的任務(wù)還可以分解為多項小任務(wù),直至把 一項復(fù)雜的測試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。設(shè)計時,先設(shè) 計各種vi以完成每項子任務(wù),然后把這些vi 組合起來以完 成更大的任務(wù),最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個包 括 所有子功能虛擬儀器的集合。lab view可以讓用戶把自 己創(chuàng)建的vi程序當作一個vi子程序節(jié)點,以創(chuàng)建更復(fù)雜的 程序,且這種調(diào)用是無限制的。lab view中各vi之間的層

51、 次調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖8-12所示?？梢?lab view中每一個vi 相 當于常規(guī)程序中的一個子程序。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-12 lab view層次調(diào)用結(jié)構(gòu) 頂層v1 中間層v1中間層v1中間層v1 底層v1底層v1底層v1底層v1 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2. lab view的工作面 所有的lab view程序,即虛擬儀器（vi）都包括前 面板（front panel）、流程圖（block diagram）、圖標 /接口三部分。 前面板用于設(shè)置輸入數(shù)據(jù)和觀察輸出量。由于程 序前面板是模擬真實儀表前面板的,輸入量被稱為 controls,輸出量被稱為in

52、dicators,因此,用戶可以使用許 多圖標,如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等,來使前面 板易懂易看。圖8-13是一個溫度計程序的前面板。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-13 前面板舉例(溫度計vi) 溫度標度 deg c deg f 溫度值 0.0 25.0 50.0 75.0 100.0 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 每一個前面板都伴有一個流程圖（也叫程序框 圖）。流程圖用圖形編程語言編寫,可以把它理解成傳 統(tǒng)程序的源代碼?？驁D中的部件可以看成程序節(jié)點 （node）,如循環(huán)控制、事件控制和算術(shù)功能等。這些 部件都用連線連接,以定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流方向。上述 溫度計程

53、序的流程圖如圖8-14所示。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-14 溫度計程序的流程圖 檢波電壓讀數(shù)vi 部件 1 通道 0 電壓 讀數(shù) 乘法器 100.0 減法器 32.001.80 除法器 溫度標度 tf ？dbl 溫度值 選擇 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖標/接口部件可以讓用戶把vi程序變成一個對象 （vi子程序）,然后在其他vi程序中像子程序一樣地調(diào) 用。圖標表示在其他程序中被調(diào)用的子程序,而接線端 口表示圖標的輸入輸出口。就像子程序的參數(shù)端口一 樣,它們對應(yīng)著vi程序前面板的控制量和指示量的數(shù)值。 圖8-15為溫度計vi程序的圖標和接線端口。接線端口 一般情

54、況下隱含不顯示,除非用戶選擇打開看它。 lab view的強大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu),用戶 可以把創(chuàng)建的vi程序當作子程序調(diào)用,以創(chuàng)建更復(fù)雜的 程序,而這種調(diào)用階數(shù)是無限制的。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-15 溫度計vi程序的圖標及端口 temp 圖標 引線 接線端口 溫度模式 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3. lab view模板 lab view具有圖形化的可移動的工具模板,用于創(chuàng)建和 運行程序。它共有三類模板： 工具（tool）模板、控制 （controls）模板和功能（functions）模板。以下簡要介紹 這三類模板。 1） 工具模板 工具模板用于創(chuàng)建

55、、修改和調(diào)試程序。如果該模板沒 有出現(xiàn),則可以在windows菜單下選擇show tools palette功能 以顯示該模板。工具模板包含有10種工具。限于篇幅,對每 種工具的功能不作介紹。當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后, 鼠標箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 2） 控制模板 用控制模板可以給前面板增加輸入控制量和輸出 指示量?？刂颇０逯忻總€圖標代表一個子模板,它包括9 個子模板。只有打開前面板窗口時才能調(diào)用控制模板。 3） 功能模板 功能模板包括16個子模板。功能模板用來創(chuàng)建框 圖程序,模板上每一個頂層圖標都表示一個子模板。只 有打開了框圖程序窗口,才能出

56、現(xiàn)功能模板。若功能模 板不出現(xiàn),可用windows菜單下的show functions palette 功能打開它。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 4. 用lab view創(chuàng)建一個vi程序的方法 下面介紹用lab view創(chuàng)建一個vi程序的方法。 1） 創(chuàng)建前面板 當構(gòu)建一個虛擬儀器前面板時,只需從控制模板中選取 所需的輸入控制部件和輸出指示部件（包括數(shù)字顯示、表 頭、led、圖標、溫度計等）即可?？刂撇考怯脩糨斎?數(shù)據(jù)到程序的方法；而指示部件則顯示程序執(zhí)行后產(chǎn)生的 結(jié)果。控制和指示部件有許多種類,可以從控制模板的各個 子模板中選取。兩種最常用的數(shù)字對象是數(shù)字控制部件和 數(shù)字指示部件

57、。若要在數(shù)字控制部件中輸入或修改數(shù)值,只 需要用工具模板中的操作工具點擊控制部件的增減按鈕,或 者用操作工具或標簽工具雙擊數(shù)值欄進行輸入。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 例如,從控制模板的圖形（graph）子模板中選取波形圖 表（waveform chat）這個指示部件后,當vi全部設(shè)計完成之 后,就能使用前面板。通過點擊一個開關(guān),移動一個滑動旋鈕 或從鍵盤輸入一個數(shù)據(jù)來控制系統(tǒng)。前面板為用戶建立了直 觀形象,使用戶感到如同在傳統(tǒng)儀器面前一樣。 2） 編排框圖程序（流程圖） 框圖程序是指用圖形編程語言編寫程序的界面,用戶可以 根據(jù)指定的測控方案通過功能模板的選項,選擇不同的圖形化 節(jié)點

58、（node）,然后用連線的方法把這些節(jié)點連接起來,即可 構(gòu)成所需要的框圖程序。功能模板的16個子模板中,每一個又 包含了很多個選項。這里的功能選項不僅包含一般語言的基 本要素,還包括了大量與文件i/o、數(shù)據(jù)采集、gp-ib及串口控 制有關(guān)的專用程序塊。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 節(jié)點是程序執(zhí)行的元素,類似于文本語言程序的語句、 函數(shù)或者子程序。lab view共有4種節(jié)點類型： 功能函數(shù)、 子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口節(jié)點（cins）。功能函數(shù)是內(nèi) 置節(jié)點，用于進行一些基本操作,例如數(shù)值相加、文件i/o、 字符串格式化等；子程序節(jié)點是以前創(chuàng)建的程序,然后在其 他程序中以子程序方式調(diào)用；結(jié)

59、構(gòu)節(jié)點用于控制程序的執(zhí) 行方式,例如for循環(huán)控制,while 循環(huán)控制等；代碼接口節(jié) 點（cn）是框圖程序與用戶提供的c語言文本程序的接口。 圖8-16所示的框圖程序中表示vi程序有兩個功能函數(shù)節(jié)點, 一個函數(shù)使兩數(shù)相加,另一個函數(shù)使兩數(shù)相減。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 圖 8-16 框圖程序例子 dbl a dbl b 加法器控制端口 add 減法器 subtract dbl ab dbl ab 節(jié)點 框圖窗口 指示端口 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)?接口,以及在框圖程序的節(jié)點之間傳輸?shù)慕涌?。端口類似?參數(shù)和常數(shù)。有兩種

60、類型的端口： 控制或指示端口以及節(jié) 點端口?？刂苹蛑甘径丝谟糜谇懊姘?當程序運行時,從控 制部件輸入的數(shù)據(jù)就通過這些端口傳送到框圖程序；當運 行結(jié)束后,輸出數(shù)據(jù)就通過這些端口從框圖程序送回到前面 板的指示部件。當在前面板創(chuàng)建或刪除控制、指示部件時, 可以自動創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的控制、指示端口。圖8-16的框 圖程序中表明有兩個控制部件端口、兩個指示部件端口,同 時在框圖程序中add和subtract功能函數(shù)在圖標下面隱含著 節(jié)點端口。 第第8章章 新型智能儀器新型智能儀器 3） 連線 連線是端口間的數(shù)據(jù)通道,它們類似于普通程序中 的變量。數(shù)據(jù)是單向流動的,從源端口向一個或多個目 的端口流動。不同的