第四章 計算機輔助測量系統(tǒng)

1、被測量被測量傳感器傳感器過程過程物理量物理量輸出輸出基于計算機的測量儀器模型放大調(diào)理放大調(diào)理模擬模擬信號信號A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器計算機計算機模擬模擬信號信號數(shù)字數(shù)字信號信號 隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，當今即便最簡隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，當今即便最簡單的電子測量儀器，如數(shù)字萬用表（單的電子測量儀器，如數(shù)字萬用表（DMM），也），也都裝上了計算機接口。目前市面上可以見到大量用都裝上了計算機接口。目前市面上可以見到大量用于獲取和計算分析測量數(shù)據(jù)的軟、硬件，不接入計于獲取和計算分析測量數(shù)據(jù)的軟、硬件，不接入計算機的測試與測量（算機的測試與測量（T& M）的場合幾乎不復(fù)存在，）的場合幾乎不復(fù)存在，計

2、算機輔助測量計算機輔助測量（CAT）系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)運而生。應(yīng)運而生。4.1 4.1 計算機概述計算機概述由于由于計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)具有管理數(shù)據(jù)采集和進行數(shù)具有管理數(shù)據(jù)采集和進行數(shù)據(jù)處理、存儲及顯示的能力，而成為計算機輔助測據(jù)處理、存儲及顯示的能力，而成為計算機輔助測試系統(tǒng)及現(xiàn)代測試系統(tǒng)的核心。試系統(tǒng)及現(xiàn)代測試系統(tǒng)的核心。4.1.1 4.1.1 PC機機的的面世與發(fā)展面世與發(fā)展AppleIBM5150；286 486 Pentium4Personal Computer4.1.2 4.1.2 PC機機的分類的分類結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 固定式固定式（臺式）；（臺式）；便攜式便攜式（筆記本、掌上型）（筆

3、記本、掌上型）功能特點：功能特點： 家用型、商務(wù)型、工控機家用型、商務(wù)型、工控機4.1.3 4.1.3 PC機機外形結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)v 主機主機v 顯示器顯示器v 鍵盤鍵盤v 鼠標鼠標v 音音箱箱v 音音箱箱觸摸板屏幕鍵盤電源按鈕4.1.4 4.1.4 計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)組成 由由硬件硬件（Hardware)和和軟件軟件(software)兩大部兩大部分組成功能是由分組成功能是由硬件硬件和和軟件軟件協(xié)同運行而實現(xiàn)的。協(xié)同運行而實現(xiàn)的。一、一、計算機硬件計算機硬件組成及結(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)主機主機( (中央處理器中央處理器（CPU)、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)等等) )輸入輸出設(shè)

4、備輸入輸出設(shè)備（鍵盤、鼠標、顯示器）（鍵盤、鼠標、顯示器）外部設(shè)備外部設(shè)備（打印機、移動存儲器、（打印機、移動存儲器、USB數(shù)據(jù)采集卡等數(shù)據(jù)采集卡等）運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲器存儲器指令流指令流控制命令控制命令數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流v 主板主板/ /母板母板/ /系統(tǒng)板系統(tǒng)板：（：（電路板）電路板）v 計算機的核心：計算機的核心：CPU（運算器運算器+ +控制器控制器）接口轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器（ICH）LPT軟盤軟盤鍵盤鍵盤鼠標鼠標打印機打印機顯示器顯示器RS-232USB以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡IEC接口接口測量卡測量卡CPU連接器連接器（MCH）圖形卡圖形卡RAM硬盤硬盤CD

5、-ROMCPUPCI-bus圖圖4-1 4-1 典型典型PCPC機硬件結(jié)構(gòu)機硬件結(jié)構(gòu)u中央處理器中央處理器- -CPUIntelIntel處理器處理器AMDAMD處理器處理器 CPU是計算機的心臟，包括運是計算機的心臟，包括運算器和控制器，是完成各種運算和控算器和控制器，是完成各種運算和控制的核心，也是決定計算機性能的最制的核心，也是決定計算機性能的最重要的部件。主要的參數(shù)主頻和位數(shù)。重要的部件。主要的參數(shù)主頻和位數(shù)。計算機配置的計算機配置的CPU的型號實際上代表的型號實際上代表著計算機的的基本性能水平。著計算機的的基本性能水平。PC機主板的基本結(jié)構(gòu)機主板的基本結(jié)構(gòu)電池電池聲卡芯片聲卡芯片PC

6、I插槽插槽南橋芯片南橋芯片BIOS芯片芯片電源線插口電源線插口軟驅(qū)插口軟驅(qū)插口IDE插口插口AGP插槽插槽內(nèi)存插槽內(nèi)存插槽北橋芯片北橋芯片CPU插槽插槽IO接口接口IO接口接口 近年來生產(chǎn)的工控機近年來生產(chǎn)的工控機主板一般都集成了以太主板一般都集成了以太網(wǎng)卡網(wǎng)卡、聲卡聲卡和和顯卡顯卡。 主板主板獨立顯卡獨立顯卡AGP插槽插槽u PC機機I/O接口接口串行接口串行接口USB接口接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口鍵盤、鼠標接鍵盤、鼠標接口口音頻接口音頻接口并行接口并行接口主板主板u 存儲器（ Access Memory） 存儲器存儲器是計算機中存儲程序和數(shù)據(jù)的部件。計是計算機中存儲程序和數(shù)據(jù)的部件。計算機的存儲

7、器分為兩大部分，一部分為算機的存儲器分為兩大部分，一部分為內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器或或主存儲器主存儲器，簡稱，簡稱內(nèi)存內(nèi)存或主存；另一部分為或主存；另一部分為外部存外部存儲器儲器或或輔助存儲器輔助存儲器，簡稱，簡稱外存外存或或輔存輔存。 v 存儲容量存儲容量 描述存儲器存儲二進制信息量多少的指標。存儲二描述存儲器存儲二進制信息量多少的指標。存儲二進制信息的基本單位是進制信息的基本單位是位位（bit，b）。）。一般把一般把8 8個二進制個二進制位組成的通用基本單元叫作位組成的通用基本單元叫作字節(jié)字節(jié)（ByteByte，B B）。）。微型計算微型計算機中通常以機中通常以字節(jié)字節(jié)為單位表示存儲容量。為單

8、位表示存儲容量。 1024B為為1KB; 1024KB為為1MB; 1024MB為為1GB; 1024GB為為1TB DRAM(Dynamic Random-Access Memory) ，即，即動態(tài)隨機存儲器最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存，常稱為內(nèi)存條。動態(tài)隨機存儲器最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存，常稱為內(nèi)存條。 （1）內(nèi)存儲器（）內(nèi)存儲器（RAM） RAM (Random-Access Memory)可稱作系統(tǒng)內(nèi)可稱作系統(tǒng)內(nèi)存存，任何時候都可以讀寫，任何時候都可以讀寫，RAM通常是作為操作系通常是作為操作系統(tǒng)或其他正在運行程序的臨時存儲介質(zhì)。統(tǒng)或其他正在運行程序的臨時存儲介質(zhì)。軟驅(qū)軟驅(qū)外存儲器外存儲器- -軟盤軟

9、盤（2）外存儲器）外存儲器外存儲器外存儲器- -硬盤硬盤光驅(qū)外存儲器外存儲器- -光驅(qū)光驅(qū)外存儲器外存儲器- -移動硬盤、優(yōu)盤、閃存移動硬盤、優(yōu)盤、閃存u 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 LCD液晶顯示器：使用了液晶顯示器：使用了目前最新的全彩顯示技術(shù)，而且目前最新的全彩顯示技術(shù)，而且原理簡單易懂。基本上，整個液原理簡單易懂?；旧?，整個液晶顯示技術(shù)的概念是利用液晶的晶顯示技術(shù)的概念是利用液晶的物理特性：通電時導(dǎo)通，排列變物理特性：通電時導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過，通電時排列混亂，阻止光線通過，讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線讓液晶如

10、閘門般地阻隔或讓光線穿透。穿透。v 惠普激光打印機惠普激光打印機 LaserJet 1150LaserJet 1150 v 惠普惠普DJ3325DJ3325噴墨打印機噴墨打印機 v 映美映美LQ-200K24LQ-200K24針打印針打印 機機v 映美映美FP-660KFP-660K平推打印機平推打印機 微型計算機在硬件上普遍采用總線結(jié)構(gòu)，總線微型計算機在硬件上普遍采用總線結(jié)構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成方便，并具有很好的可維護性和可結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成方便，并具有很好的可維護性和可擴展性。擴展性。 存存儲儲器器I/OI/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/OI/O接接口口地址總線地址總線 ABAB輸輸出出設(shè)設(shè)備

11、備CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/OI/O接接口口u 計算機接口及總線結(jié)構(gòu)計算機接口及總線結(jié)構(gòu) 計算機內(nèi)部器件之間，以及這些器件與外設(shè)之計算機內(nèi)部器件之間，以及這些器件與外設(shè)之間的通訊是通過共同的數(shù)據(jù)線間的通訊是通過共同的數(shù)據(jù)線總線總線系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。單臺儀器或儀器模塊則是通過接口掛在總線之的。單臺儀器或儀器模塊則是通過接口掛在總線之上。一臺計算機的上。一臺計算機的CPU、RAM、硬盤和、硬盤和CD-ROM需需要有一個快速的總線系統(tǒng)來實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)通要有一個快速的總線系統(tǒng)來實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)通訊，為此開發(fā)了并行的外部設(shè)備互連總線，即訊，為此開發(fā)了并行的

12、外部設(shè)備互連總線，即PCI總線（總線（1992年），其新的版本有年），其新的版本有PCI-X（1999年）年）和和PCI-Express（2001年第三代高性能年第三代高性能I/O串行總線）串行總線）。PCI總線總線 PCI總線總線通過接口轉(zhuǎn)換器（通過接口轉(zhuǎn)換器（HUB）和輸入）和輸入-輸出輸出設(shè)備、設(shè)備、LPT（并行口）、（并行口）、RS-232、USB（通用串行（通用串行總線）、總線）、PCMCIA（個人計算機存儲卡國際協(xié)會）（個人計算機存儲卡國際協(xié)會）和以太網(wǎng)（和以太網(wǎng)（Ethernet）等接口相連接。其中，接口）等接口相連接。其中，接口可以擴展安裝，如并行口的可以擴展安裝，如并行口的L

13、PT1、LPT2，或，或RS-232串行口的串行口的COM1、COM2等。等。接口轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器（ICH）LPT軟盤軟盤鍵盤鍵盤鼠標鼠標打印機打印機顯示器顯示器RS-232USB以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡IEC接口接口測量卡測量卡CPU連接器連接器（MCH）圖形卡圖形卡RAM硬盤硬盤CD-ROMCPUPCI-bus圖圖4-1 4-1 典型典型PCPC機硬件結(jié)構(gòu)機硬件結(jié)構(gòu)二、計算機軟件二、計算機軟件組成組成與硬件相比，與硬件相比，軟件包括所有計算機非物理組件軟件包括所有計算機非物理組件的的“軟軟”的功能部分的功能部分。軟件用于信息流的調(diào)節(jié)與處。軟件用于信息流的調(diào)節(jié)與處理，可以用符號鏈來描述，并為信息機器

14、所讀取和理，可以用符號鏈來描述，并為信息機器所讀取和解釋。軟件分為解釋。軟件分為系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序和和應(yīng)用程序應(yīng)用程序：系統(tǒng)程序控：系統(tǒng)程序控制計算機內(nèi)部運行過程；而應(yīng)用程序則使計算機能制計算機內(nèi)部運行過程；而應(yīng)用程序則使計算機能處理用戶提出的任務(wù)。處理用戶提出的任務(wù)。 計算機的軟件包含計算機的軟件包含系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件和和應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件兩部分。兩部分。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件存儲器管理存儲器管理進程管理進程管理設(shè)備管理設(shè)備管理文件管理文件管理用戶界面用戶界面GUIGUI網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件編譯系統(tǒng)編譯系統(tǒng)系統(tǒng)維護程序系統(tǒng)維護程序工具軟件工具軟件系統(tǒng)增強軟件系統(tǒng)增強軟件辦公辦公數(shù)據(jù)庫

15、數(shù)據(jù)庫圖形圖像圖形圖像游戲游戲娛樂娛樂4.2.1 4.2.1 虛擬儀器定義虛擬儀器定義4.2 4.2 虛擬儀器虛擬儀器 所謂的所謂的虛擬儀器虛擬儀器是指是指“以以軟件為核心，以計算機為載體，軟件為核心，以計算機為載體，通過硬件接口（或總線系統(tǒng)）通過硬件接口（或總線系統(tǒng)）與測量板卡（或測量硬件平臺）與測量板卡（或測量硬件平臺）連接在一起，以最大限度地利連接在一起，以最大限度地利用計算機系統(tǒng)的軟、硬件資源，用計算機系統(tǒng)的軟、硬件資源，使基于計算機的測試系統(tǒng)，不使基于計算機的測試系統(tǒng)，不僅能像傳統(tǒng)程控儀器一樣完成僅能像傳統(tǒng)程控儀器一樣完成測量任務(wù)，而且可利用強有力測量任務(wù)，而且可利用強有力的軟件去代

16、替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些的軟件去代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件功能硬件功能”。4.2.2 4.2.2 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展過程虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展過程 虛擬儀器虛擬儀器是計算機技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概是計算機技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命。革命。4.2.3 4.2.3 儀器定義和功能的轉(zhuǎn)變儀器定義和功能的轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器: :廠商定義廠商定義虛擬儀器虛擬儀器: :用戶定義用戶定義PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPL

17、AY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature用戶定義虛擬儀器的優(yōu)點：用戶定義虛擬儀器的優(yōu)點：費用費用性能性能 用戶定義用戶定義 低費用低費用 靈活靈活 可再用性可再用性 可重新配置可重新配置4.2.4 4.2.4 虛擬儀器的內(nèi)部功能虛擬儀器的內(nèi)部功能 虛擬儀器與其它測量儀器一樣

18、，可實現(xiàn)三部分功能，即虛擬儀器與其它測量儀器一樣，可實現(xiàn)三部分功能，即信信號的采集與控制號的采集與控制、數(shù)據(jù)的分析與處理數(shù)據(jù)的分析與處理及及結(jié)果的表達與輸出結(jié)果的表達與輸出，但，但是實現(xiàn)上述功能的方式不同，下面按三個部分來敘述。是實現(xiàn)上述功能的方式不同，下面按三個部分來敘述。（1）信號采集與控制功能）信號采集與控制功能 虛擬儀器是由計算機和儀器硬件組成的硬件平臺，實現(xiàn)對虛擬儀器是由計算機和儀器硬件組成的硬件平臺，實現(xiàn)對信號的采集、測量信號的采集、測量/轉(zhuǎn)換與控制的。硬件平臺由兩部分組成：轉(zhuǎn)換與控制的。硬件平臺由兩部分組成： (a)計算機可以是筆記本計算機、計算機可以是筆記本計算機、PC機或工作

19、站；機或工作站； (b)儀器硬件：可以是插入式數(shù)據(jù)采集板（含信號調(diào)理電路、儀器硬件：可以是插入式數(shù)據(jù)采集板（含信號調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字 IO、定時器、定時器、DA轉(zhuǎn)換器等），或者轉(zhuǎn)換器等），或者是帶標準總線接口的儀器，如是帶標準總線接口的儀器，如 GPIB儀器、儀器、VXI儀器、儀器、RS232儀器等儀器等)。 (2)數(shù)據(jù)分析處理功能數(shù)據(jù)分析處理功能 虛擬儀器充分利用計算機的存儲、運算功能，并通過虛擬儀器充分利用計算機的存儲、運算功能，并通過軟件軟件實現(xiàn)對輸入信號數(shù)據(jù)的分析處理。處理內(nèi)容包括進行數(shù)字信號處實現(xiàn)對輸入信號數(shù)據(jù)的分析處理。處理內(nèi)容包括進行數(shù)字信號處理、數(shù)字濾波統(tǒng)計

20、處理、數(shù)值計算與分析等。虛擬儀器比傳統(tǒng)儀理、數(shù)字濾波統(tǒng)計處理、數(shù)值計算與分析等。虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器以及智能儀器有更強大的數(shù)據(jù)分析處理功能。器以及智能儀器有更強大的數(shù)據(jù)分析處理功能。 (3) 測量結(jié)果的表達與輸出測量結(jié)果的表達與輸出 虛擬儀器充分利用計算機資源如內(nèi)存、顯示器等，對測量結(jié)果虛擬儀器充分利用計算機資源如內(nèi)存、顯示器等，對測量結(jié)果數(shù)據(jù)的表達與輸出有多種方式，這也是傳統(tǒng)儀器遠不能及的。例數(shù)據(jù)的表達與輸出有多種方式，這也是傳統(tǒng)儀器遠不能及的。例如，虛擬儀器可以實現(xiàn)：如，虛擬儀器可以實現(xiàn)： 通過總線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸；通過總線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸； 通過磁盤、光盤硬拷貝輸出；通過磁盤、光盤硬拷貝輸

21、出； 通過文件存于硬盤內(nèi)存中；通過文件存于硬盤內(nèi)存中； 計算機屏幕顯示。計算機屏幕顯示。4.2.5 4.2.5 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)是由虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機計算機、儀器硬件儀器硬件和和應(yīng)用應(yīng)用軟件軟件和三大要素構(gòu)成的。和三大要素構(gòu)成的。 傳感器傳感器GPIB儀器儀器串口儀器串口儀器VXI模塊模塊PXI模塊模塊PC-DAQ計算機計算機 I/O接口設(shè)備 虛擬儀器的構(gòu)成方式虛擬儀器的構(gòu)成方式被測對象被測對象應(yīng)用應(yīng)用軟件軟件GPIBSerialDAQProcessorUnit Under TestVXIImage AcquisitionMotionControlPXIApplic

22、ationSoftwareHardware & Driver Software Measurement Studio LabVIEW VI系統(tǒng)有多種構(gòu)成方式：系統(tǒng)有多種構(gòu)成方式： PCDAQ測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理：是以數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。電路及計算機為儀器硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。 GPIB系統(tǒng)系統(tǒng)：是以：是以GPIB標準總線儀器與計算機為硬標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。件平臺組成的測試系統(tǒng)。 VXI系統(tǒng)系統(tǒng)：是以：是以VXI標準總線儀器與計算機為硬件標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。平臺組成的測試系統(tǒng)。

23、串口系統(tǒng)串口系統(tǒng)：是以：是以Seial標準總線儀器與計算機為硬標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。件平臺組成的測試系統(tǒng)。虛擬儀器構(gòu)成方式虛擬儀器構(gòu)成方式 無論上述哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與各類計算機相結(jié)合，其中PC-DAQ測試系統(tǒng)是構(gòu)成VI的基本方式。因為，實際上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS是構(gòu)成各種標準總線儀器的基礎(chǔ)，故虛擬儀器是基于“信息的數(shù)據(jù)采集信息的數(shù)據(jù)采集(ADC)-信號的分信號的分析與處理析與處理(DSP)-輸出輸出(DAC)及顯示及顯示”的結(jié)構(gòu)模式建立通用儀器硬件平臺。在這個通用儀器硬件平臺上，在這個通用儀器硬件平臺上，調(diào)用不同的測量軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器

24、調(diào)用不同的測量軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器。常用虛擬儀器板卡常用虛擬儀器板卡DAQ CardIMAQ Card4.2.6 4.2.6 常見的虛擬儀器軟件平臺常見的虛擬儀器軟件平臺LabVIEW4.2.7 4.2.7 虛擬儀器實例虛擬儀器實例例例1 1：虛擬儀器溫度測量：虛擬儀器溫度測量例例2 2：圖圖4-24-2是晶體管直流特性測量儀及其虛擬儀器。在虛是晶體管直流特性測量儀及其虛擬儀器。在虛擬儀器的軟件界面（計算機顯示屏）上的各種擬儀器的軟件界面（計算機顯示屏）上的各種“控件控件”與與傳統(tǒng)儀器面板上的各種傳統(tǒng)儀器面板上的各種“部件部件”所完成的功能是相同的。所完成的功能是相同的。u 虛擬儀器實例

25、虛擬儀器實例圖圖4-2 4-2 晶體管直流特性測量儀及其虛擬儀器晶體管直流特性測量儀及其虛擬儀器例例3： 在以計算機為核心組成的虛擬測試平臺上，還可通過在以計算機為核心組成的虛擬測試平臺上，還可通過軟件編程設(shè)計來劃分虛擬儀器的界面，以得到對應(yīng)于不同測軟件編程設(shè)計來劃分虛擬儀器的界面，以得到對應(yīng)于不同測量裝置的多個虛擬測量儀器，進而，通過具有不同測量功能量裝置的多個虛擬測量儀器，進而，通過具有不同測量功能的軟件模塊的組合來構(gòu)建綜合參數(shù)測試系統(tǒng)，如圖的軟件模塊的組合來構(gòu)建綜合參數(shù)測試系統(tǒng)，如圖4-34-3所示。所示。 圖圖4-3 4-3 某型發(fā)動機綜合參數(shù)測試系統(tǒng)的虛擬儀器界面某型發(fā)動機綜合參數(shù)測

26、試系統(tǒng)的虛擬儀器界面4.3 4.3 自動測試系統(tǒng)自動測試系統(tǒng) 自動測試系統(tǒng)是計算機、控制、通訊與測量技自動測試系統(tǒng)是計算機、控制、通訊與測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在自動測試系統(tǒng)中，很少采用電術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在自動測試系統(tǒng)中，很少采用電子線路進行信號處理，而主要由計算機軟件模塊來子線路進行信號處理，而主要由計算機軟件模塊來替代傳統(tǒng)測量儀器中的各種功能。自動測試系統(tǒng)通替代傳統(tǒng)測量儀器中的各種功能。自動測試系統(tǒng)通常具有常具有自動校零自動校零、自動修正誤差自動修正誤差、自動切換量程自動切換量程、重復(fù)測量重復(fù)測量、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判別結(jié)果判別和和自我自我診斷診斷以及以及仿真測試仿真測

27、試等功能。等功能。自動測試系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足如下原則：自動測試系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足如下原則： （1 1）高性能原則：）高性能原則：測量通道多、采樣頻率高、測量通道多、采樣頻率高、測量誤差小，數(shù)據(jù)存儲容量大，實時數(shù)據(jù)處理能力測量誤差小，數(shù)據(jù)存儲容量大，實時數(shù)據(jù)處理能力強；強；（2 2）軟件設(shè)計原則：）軟件設(shè)計原則：模塊化、標準化、容錯模塊化、標準化、容錯性；性；（3 3）小型化與自動化原則：）小型化與自動化原則：便于現(xiàn)場（如工便于現(xiàn)場（如工廠、飛機和艦船等特殊環(huán)境）安裝使用，具有完備廠、飛機和艦船等特殊環(huán)境）安裝使用，具有完備的系統(tǒng)自檢功能和一定的環(huán)境自適應(yīng)能力；的系統(tǒng)自檢功能和一定的環(huán)境自適應(yīng)能力；

28、（4 4）可靠性與穩(wěn)定性原則：）可靠性與穩(wěn)定性原則：電磁兼容性設(shè)計電磁兼容性設(shè)計（如：高頻信號的屏蔽與隔離、接地回路的設(shè)計）；（如：高頻信號的屏蔽與隔離、接地回路的設(shè)計）；盡量減少連接電纜和接插件的數(shù)量。盡量減少連接電纜和接插件的數(shù)量。（5 5）通用性原則通用性原則：開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠廣：開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠廣泛地適應(yīng)本行業(yè)或相關(guān)行業(yè)不同測試對象的需求，泛地適應(yīng)本行業(yè)或相關(guān)行業(yè)不同測試對象的需求，從而提高投資效益。從而提高投資效益。自動測試系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢是：是： l 采用基于高性能計算機總線技術(shù)的硬件平臺；采用基于高性能計算機總線技術(shù)的硬件平臺；l 采用分布式、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)

29、構(gòu)；采用分布式、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)；l 自主時間同步觸發(fā)；自主時間同步觸發(fā)；l 采用模塊化結(jié)構(gòu)；采用模塊化結(jié)構(gòu)；l 由物理儀器轉(zhuǎn)向虛擬儀器；由物理儀器轉(zhuǎn)向虛擬儀器；l 小型化、便攜化和通用化；小型化、便攜化和通用化；l 綜合故障診斷系統(tǒng)、測量與計量一體化。綜合故障診斷系統(tǒng)、測量與計量一體化。 4.4 4.4 測量程序與儀器控制測量程序與儀器控制 在可編程測量儀器（或自動測試系統(tǒng)）中，在可編程測量儀器（或自動測試系統(tǒng)）中，測測量程序用于控制測量儀器按預(yù)期的方式采集并處理量程序用于控制測量儀器按預(yù)期的方式采集并處理測量數(shù)據(jù)、修正或補償測量誤差、顯示和存儲測量測量數(shù)據(jù)、修正或補償測量誤差、顯示和存儲測量結(jié)果

30、結(jié)果。除了要求計算機輔助測量系統(tǒng)能夠正確地采。除了要求計算機輔助測量系統(tǒng)能夠正確地采集信號外，還要求測量程序能夠快速響應(yīng)測量系統(tǒng)集信號外，還要求測量程序能夠快速響應(yīng)測量系統(tǒng)的外部或內(nèi)部事件，并具有高可靠性、可擴展性、的外部或內(nèi)部事件，并具有高可靠性、可擴展性、可移植性和可維護性；同時要求測量界面定義清晰、可移植性和可維護性；同時要求測量界面定義清晰、功能明確、測量控件操作簡便。功能明確、測量控件操作簡便。4.4.1 4.4.1 可編程測量儀器可編程測量儀器 程序語言程序語言 如果除了純粹的信號采集之外，如果除了純粹的信號采集之外，還要集成其它通用的功能，譬如，測量儀器參數(shù)還要集成其它通用的功能

31、，譬如，測量儀器參數(shù)的設(shè)置、測量數(shù)據(jù)的分析計算和測量結(jié)果的表示，的設(shè)置、測量數(shù)據(jù)的分析計算和測量結(jié)果的表示，則用于信號采集和實驗控制的測量程序，應(yīng)當按則用于信號采集和實驗控制的測量程序，應(yīng)當按相應(yīng)的功能劃分為各個子程序模塊。相應(yīng)的功能劃分為各個子程序模塊。對于實時性要求不高的場合，可應(yīng)用高級語對于實時性要求不高的場合，可應(yīng)用高級語言來編寫測量系統(tǒng)外部接口的輸入言來編寫測量系統(tǒng)外部接口的輸入- -輸出操作程序；輸出操作程序；對于那些實時性要求苛刻的場合，或者那些對于那些實時性要求苛刻的場合，或者那些使用數(shù)字信號處理器使用數(shù)字信號處理器DSPDSP（Digital Signal Digital S

32、ignal ProcessorProcessor）或）或MCUMCU來控制的外部接口，則應(yīng)采用來控制的外部接口，則應(yīng)采用C C語語言或匯編語言來編寫輸入言或匯編語言來編寫輸入- -輸出管理程序。輸出管理程序。儀器消息（程序消息）儀器消息（程序消息） 儀器消息是指儀器消息是指“與儀與儀器設(shè)置、儀器狀態(tài)、測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果等方面相器設(shè)置、儀器狀態(tài)、測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果等方面相關(guān)的信息，用于引發(fā)相應(yīng)的儀器功能，通常用一個關(guān)的信息，用于引發(fā)相應(yīng)的儀器功能，通常用一個事先規(guī)定的符號序列來表示儀器消息事先規(guī)定的符號序列來表示儀器消息”。儀器功能儀器功能是指是指“儀器按規(guī)定可自主執(zhí)行的一系列動作儀器按規(guī)定可自

33、主執(zhí)行的一系列動作”。一。一臺儀器的命令集包含了所有允許的儀器消息，而儀臺儀器的命令集包含了所有允許的儀器消息，而儀器制造商所提供的標準文本，則具體規(guī)定了儀器消器制造商所提供的標準文本，則具體規(guī)定了儀器消息與儀器功能的對應(yīng)關(guān)系。息與儀器功能的對應(yīng)關(guān)系?？删幊虄x器的標準命令（可編程儀器的標準命令（SCPISCPI） SCPISCPI規(guī)范規(guī)范（Standard Command for Programmable Standard Command for Programmable InstruInstru - -mentment）致力于保證各種儀器消息的一致性和各種儀）致力于保證各種儀器消息的一致性和

34、各種儀器總線的普適性。例如，針對不同制造廠商生產(chǎn)的器總線的普適性。例如，針對不同制造廠商生產(chǎn)的每一種同類儀器（如函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表和示每一種同類儀器（如函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表和示波器等），都用波器等），都用共同的語法來約定一個統(tǒng)一的儀器共同的語法來約定一個統(tǒng)一的儀器命令集命令集。圖形化開發(fā)環(huán)境圖形化開發(fā)環(huán)境 隨著軟件技術(shù)的進步，目前隨著軟件技術(shù)的進步，目前市面上已有越來越多的圖形化開發(fā)環(huán)境可用于編寫市面上已有越來越多的圖形化開發(fā)環(huán)境可用于編寫對實時性沒有苛刻要求的應(yīng)用程序，從而大大降低對實時性沒有苛刻要求的應(yīng)用程序，從而大大降低了軟件開發(fā)的復(fù)雜性和繁瑣性。在這類軟件開發(fā)環(huán)了軟件開發(fā)的復(fù)雜性

35、和繁瑣性。在這類軟件開發(fā)環(huán)境中，如境中，如NINI公司的公司的LabVIEWLabVIEW和安捷倫技術(shù)公司的和安捷倫技術(shù)公司的VEEVEE（Visual Engineering EnvironmentVisual Engineering Environment）等，用戶可）等，用戶可用各個功能模塊來用各個功能模塊來“拼裝拼裝”圖形化測量與控制程序，圖形化測量與控制程序，當然，在當然，在“拼裝拼裝”模塊的過程中，用戶還需要設(shè)置模塊的過程中，用戶還需要設(shè)置必要的模塊參數(shù)。必要的模塊參數(shù)。 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 在許多應(yīng)用場合，傳感器通常是在許多應(yīng)用場合，傳感器通常是與與PCIPCI測量板卡連接在一

36、起的。通常希望測量板卡不測量板卡連接在一起的。通常希望測量板卡不僅僅輸出數(shù)字化測量值，而且還能承擔信號處理任僅僅輸出數(shù)字化測量值，而且還能承擔信號處理任務(wù)。為此，往往將測量板卡和一個特殊的微處理器務(wù)。為此，往往將測量板卡和一個特殊的微處理器（如（如DSPDSP、PowerPCPowerPC）或現(xiàn)場可編程門陣列（）或現(xiàn)場可編程門陣列（Field Field Programmable Gates ArrayProgrammable Gates Array，F(xiàn)PGAFPGA）集成在一起，）集成在一起，以構(gòu)成嵌入式測量系統(tǒng)。其中，微處理器僅用于開以構(gòu)成嵌入式測量系統(tǒng)。其中，微處理器僅用于開發(fā)測量程序和

37、顯示測量結(jié)果。發(fā)測量程序和顯示測量結(jié)果。在嵌入式系統(tǒng)中，程序必須用接近于機器語言在嵌入式系統(tǒng)中，程序必須用接近于機器語言（如匯編語言或（如匯編語言或C C語言）來編寫語言）來編寫。為了加快測量程序。為了加快測量程序的開發(fā)進度，可借助于某些圖形化軟件工具（如的開發(fā)進度，可借助于某些圖形化軟件工具（如MATALB/MATALB/SimulinkSimulink）的自動翻譯功能，將圖形化信號）的自動翻譯功能，將圖形化信號采集與處理程序轉(zhuǎn)化為采集與處理程序轉(zhuǎn)化為C C語言程序。語言程序。儀器控制儀器控制 可編程測量儀器的操作，是由微可編程測量儀器的操作，是由微計算機通過儀器總線向儀器發(fā)送程序消息來實現(xiàn)

38、的。計算機通過儀器總線向儀器發(fā)送程序消息來實現(xiàn)的。微計算機通常是測量儀器總線的主機，可隨時訪問微計算機通常是測量儀器總線的主機，可隨時訪問總線；測量儀器和其它裝置是從機，不能主動請求總線；測量儀器和其它裝置是從機，不能主動請求占用總線，而必須服從主機測量程序的調(diào)度。通常，占用總線，而必須服從主機測量程序的調(diào)度。通常，測量儀器是通過一個中斷或一個服務(wù)請求來獲得主測量儀器是通過一個中斷或一個服務(wù)請求來獲得主機的服務(wù)。機的服務(wù)。 測量程序的控制測量程序的控制 測量程序中各個模塊的調(diào)測量程序中各個模塊的調(diào)用方式有兩種：事件控制和時鐘控制。在事件控制用方式有兩種：事件控制和時鐘控制。在事件控制方式中，是

39、以某個確定事件的出現(xiàn)作為觸發(fā)信號，方式中，是以某個確定事件的出現(xiàn)作為觸發(fā)信號，來啟動程序模塊的執(zhí)行；在時鐘控制方式中，是利來啟動程序模塊的執(zhí)行；在時鐘控制方式中，是利用時鐘發(fā)生器輸出的信號，來啟動模塊的執(zhí)行。用時鐘發(fā)生器輸出的信號，來啟動模塊的執(zhí)行。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 以測量數(shù)據(jù)的采集和分析計算之間以測量數(shù)據(jù)的采集和分析計算之間的時間間隔為參照，可將測量過程劃分為離線信號的時間間隔為參照，可將測量過程劃分為離線信號處理、在線信號處理和實時信號處理。處理、在線信號處理和實時信號處理。 離線信號處理離線信號處理是指：是指：“在信號采集過程結(jié)束后，在信號采集過程結(jié)束后，再進行信號處理，也即在信號處理

40、過程中，系統(tǒng)不再進行信號處理，也即在信號處理過程中，系統(tǒng)不再采集信號。再采集信號?！睂嶒炇业臏y量大都允許離線信號處實驗室的測量大都允許離線信號處理。理。在線信號處理在線信號處理是指：是指：“一旦采樣信號可供使用一旦采樣信號可供使用時，就立刻進行后續(xù)的信號處理。時，就立刻進行后續(xù)的信號處理?！?實時信號處理實時信號處理是指：是指：“同時進行信號采樣與信同時進行信號采樣與信號處理。號處理。”這意味著要在事先規(guī)定好的采樣時間間這意味著要在事先規(guī)定好的采樣時間間隔內(nèi)完成信號處理或做出必要的響應(yīng)，不允許存在隔內(nèi)完成信號處理或做出必要的響應(yīng)，不允許存在隨機的等待時間。在過程控制系統(tǒng)中，通常要求進隨機的等待

41、時間。在過程控制系統(tǒng)中，通常要求進行實時信號處理。行實時信號處理。數(shù)值計算數(shù)值計算 在實驗室編寫測量程序時，往往還在實驗室編寫測量程序時，往往還需要編寫數(shù)值計算程序，并與現(xiàn)成的設(shè)備驅(qū)動程序需要編寫數(shù)值計算程序，并與現(xiàn)成的設(shè)備驅(qū)動程序和測量與控制管理程序組合在一起，共同完成特定和測量與控制管理程序組合在一起，共同完成特定的測試任務(wù)。的測試任務(wù)。 4.4.2 4.4.2 計算機輔助測量過程計算機輔助測量過程 建立計算機輔助測量系統(tǒng)包括如下幾個步驟（參建立計算機輔助測量系統(tǒng)包括如下幾個步驟（參見圖見圖4-204-20）：）：（1 1）系統(tǒng)化）系統(tǒng)化 系統(tǒng)化是指將各儀器模塊和微計算系統(tǒng)化是指將各儀器模

42、塊和微計算機組合成共同完成某一特定測量任務(wù)的有機整體。機組合成共同完成某一特定測量任務(wù)的有機整體。在計算機輔助測量過程中，還要增加下列手動和在計算機輔助測量過程中，還要增加下列手動和程控的操作：程控的操作：（2 2）建立通訊聯(lián)系；）建立通訊聯(lián)系；（3 3）分配總線地址；）分配總線地址；（4 4）加載儀器（設(shè)備）驅(qū)動軟件；）加載儀器（設(shè)備）驅(qū)動軟件； （5）在主控計算機上加載和啟動測量程序；）在主控計算機上加載和啟動測量程序；（6）將測量儀器模塊設(shè)置為某一預(yù)先定義的）將測量儀器模塊設(shè)置為某一預(yù)先定義的基本狀態(tài)；基本狀態(tài)；（7）設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)；）設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)；（8）讀出儀器模塊的標識符；）讀

43、出儀器模塊的標識符；（9）執(zhí)行系統(tǒng)自檢；）執(zhí)行系統(tǒng)自檢；（10）查詢儀器模塊的狀態(tài)信息。）查詢儀器模塊的狀態(tài)信息。圖4-20 計算機輔助測量過程構(gòu)建測量系統(tǒng)構(gòu)建測量系統(tǒng)（建立連接、儀器模塊（建立連接、儀器模塊就緒）就緒）設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、校準設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、校準數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集儀器的校準設(shè)置儀器的校準設(shè)置是否被改變？是否被改變？數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集對測量數(shù)據(jù)進行分析計算對測量數(shù)據(jù)進行分析計算（原始數(shù)據(jù)與校準數(shù)據(jù)比（原始數(shù)據(jù)與校準數(shù)據(jù)比較、數(shù)學變換、微分、較、數(shù)學變換、微分、積分等）積分等）表達表達（給出測量值和測量結(jié)果）（給出測量值和測量結(jié)果）存儲測量結(jié)果存儲測量結(jié)果建立文檔（記錄完整的測量過程）續(xù)續(xù)續(xù)

44、續(xù)是是否否 參數(shù)化參數(shù)化 參數(shù)化是指對各儀器模塊的技術(shù)狀態(tài)參數(shù)化是指對各儀器模塊的技術(shù)狀態(tài)進行設(shè)定，以確保測量過程能夠按計劃順利運行。進行設(shè)定，以確保測量過程能夠按計劃順利運行。具體內(nèi)容如下：具體內(nèi)容如下：（1 1）選擇測量功能；）選擇測量功能；（2 2）設(shè)置量程和數(shù)據(jù)點數(shù)；）設(shè)置量程和數(shù)據(jù)點數(shù)；（3 3）選擇濾波器參數(shù)；）選擇濾波器參數(shù)；（4 4）確定觸發(fā)條件；）確定觸發(fā)條件；（5 5）確定采樣速率。）確定采樣速率。校準校準 校準的目的是要確定被測量（信號量）校準的目的是要確定被測量（信號量）與測量系統(tǒng)顯示值之間的關(guān)系。在進行校準與測量系統(tǒng)顯示值之間的關(guān)系。在進行校準數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 信號采

45、集是測量過程中最為本質(zhì)和最信號采集是測量過程中最為本質(zhì)和最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對于單次測量而言，測量過程僅被啟為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對于單次測量而言，測量過程僅被啟動一次，測量結(jié)果可以是一個二進制或十進制的數(shù)值，動一次，測量結(jié)果可以是一個二進制或十進制的數(shù)值，也可以是一個符號序列或一個完整的數(shù)據(jù)段。在測量也可以是一個符號序列或一個完整的數(shù)據(jù)段。在測量之前，必須先設(shè)置并確定系統(tǒng)的狀態(tài)，且執(zhí)行一些必之前，必須先設(shè)置并確定系統(tǒng)的狀態(tài)，且執(zhí)行一些必要的控制動作，有時還需要等待一段時間。單次測量要的控制動作，有時還需要等待一段時間。單次測量過程包括如下的一系列動作：過程包括如下的一系列動作：（1 1）觸發(fā)）觸發(fā)測量系

46、統(tǒng)獲得一個用于啟動測量測量系統(tǒng)獲得一個用于啟動測量的信號；的信號；（2 2）等待測量過程的結(jié)束；）等待測量過程的結(jié)束； （3 3）輸出測量數(shù)據(jù)）輸出測量數(shù)據(jù)要求測量儀器模塊準要求測量儀器模塊準備好傳送單個或多個測量數(shù)據(jù)；備好傳送單個或多個測量數(shù)據(jù)；（4 4）接收測量數(shù)據(jù)）接收測量數(shù)據(jù)從測量儀器模塊接收測從測量儀器模塊接收測量數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理。量數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理。對于較復(fù)雜的測量過程，可借助于過程控制，將對于較復(fù)雜的測量過程，可借助于過程控制，將它們分解為多個單次測量。它們分解為多個單次測量。 分析計算分析計算 分析計算的最終目標在于壓縮數(shù)據(jù)分析計算的最終目標在于壓縮數(shù)據(jù)量，以便從所采集的測量信

47、號中獲得特征信息。舉量，以便從所采集的測量信號中獲得特征信息。舉例來說，計算分析的內(nèi)容包括：例來說，計算分析的內(nèi)容包括： （1）借助校準結(jié)果從沒有校準的測量數(shù)據(jù)中推）借助校準結(jié)果從沒有校準的測量數(shù)據(jù)中推算出校準數(shù)據(jù)；算出校準數(shù)據(jù)；（2）剔除野點、平滑濾波；）剔除野點、平滑濾波；（3）測量曲線的積分或微分；）測量曲線的積分或微分；（4）數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性；）數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性；（5）信號變換，如計算一個時間信號和位置信）信號變換，如計算一個時間信號和位置信號的頻譜；號的頻譜；（6）統(tǒng)計特征量的計算等。）統(tǒng)計特征量的計算等。除了這些數(shù)值化運算外，有時還需進行邏輯運算，除了這些數(shù)值化運算外，有時還需進行

48、邏輯運算，例如，根據(jù)某項指標進行分類等。此外，利用對例如，根據(jù)某項指標進行分類等。此外，利用對符號鏈的操作還可改變數(shù)據(jù)格式。符號鏈的操作還可改變數(shù)據(jù)格式。表達表達 表達的作用是把從測量和分析計算中所表達的作用是把從測量和分析計算中所得到的信息，傳遞給測量系統(tǒng)的操作者。在測量過得到的信息，傳遞給測量系統(tǒng)的操作者。在測量過程結(jié)束后就應(yīng)當及時地給出明確的測量結(jié)果，以便程結(jié)束后就應(yīng)當及時地給出明確的測量結(jié)果，以便對測量過程的質(zhì)量進行判定，如果必要的話，還需對測量過程的質(zhì)量進行判定，如果必要的話，還需要改變測量原理和測量方法。要改變測量原理和測量方法。保存保存 保存的作用是將采集信號和由此獲得的保存的作

49、用是將采集信號和由此獲得的信息轉(zhuǎn)移到非易丟失的存儲介質(zhì)中。這樣，即便在信息轉(zhuǎn)移到非易丟失的存儲介質(zhì)中。這樣，即便在測量過程中斷或結(jié)束后，測量數(shù)據(jù)仍能被以后的分測量過程中斷或結(jié)束后，測量數(shù)據(jù)仍能被以后的分析計算所使用。因此，建議將原始數(shù)據(jù)、或經(jīng)校準析計算所使用。因此，建議將原始數(shù)據(jù)、或經(jīng)校準的測量數(shù)據(jù)、實驗裝置和操作軟件的設(shè)置參數(shù)存儲的測量數(shù)據(jù)、實驗裝置和操作軟件的設(shè)置參數(shù)存儲起來，但沒有必要存儲圖形以節(jié)省存儲空間。起來，但沒有必要存儲圖形以節(jié)省存儲空間。 建立文檔建立文檔 建立測量文檔是測量過程的重要組建立測量文檔是測量過程的重要組成部分，其作用是保存測量過程和測量結(jié)果的完整成部分，其作用是保

50、存測量過程和測量結(jié)果的完整記錄。通過建立文檔，能將產(chǎn)生測量結(jié)果的前提和記錄。通過建立文檔，能將產(chǎn)生測量結(jié)果的前提和獲得測量結(jié)果的設(shè)置無歧義、無空缺地記錄在案。獲得測量結(jié)果的設(shè)置無歧義、無空缺地記錄在案。只有建立了測量文檔，才能使測量結(jié)果應(yīng)用于解決只有建立了測量文檔，才能使測量結(jié)果應(yīng)用于解決實際問題或發(fā)表論文，或者按照新的判據(jù)重新分析實際問題或發(fā)表論文，或者按照新的判據(jù)重新分析計算測量數(shù)據(jù)。如果事實表明測量誤差的產(chǎn)生與過計算測量數(shù)據(jù)。如果事實表明測量誤差的產(chǎn)生與過程的改變之間具有某種時間上的關(guān)聯(lián)性，則可以依程的改變之間具有某種時間上的關(guān)聯(lián)性，則可以依據(jù)精心建立的測量文檔進行事后的誤差分析。據(jù)精心

51、建立的測量文檔進行事后的誤差分析。 4.4.3 4.4.3 LabVIEWLabVIEW和和MATLABMATLAB 一、一、LabVIEWLabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺圖形化軟件開發(fā)平臺LabVIEWLabVIEW是一種圖形化編程語言，其基礎(chǔ)是是一種圖形化編程語言，其基礎(chǔ)是用圖標（功能模塊）來表示指令，可用圖形化程序用圖標（功能模塊）來表示指令，可用圖形化程序也可以表達各種程序結(jié)構(gòu)。在這種面向圖標的編程也可以表達各種程序結(jié)構(gòu)。在這種面向圖標的編程語言中，編程過程就像電子元器件的布線一樣，很語言中，編程過程就像電子元器件的布線一樣，很容易實現(xiàn)指令間的互相連接，而其中的連線則表示容易實現(xiàn)指令間

52、的互相連接，而其中的連線則表示圖標（即功能模塊）之間存在數(shù)據(jù)的傳遞。被連接圖標（即功能模塊）之間存在數(shù)據(jù)的傳遞。被連接的圖標之間的數(shù)據(jù)流，控制著指令的執(zhí)行順序，并的圖標之間的數(shù)據(jù)流，控制著指令的執(zhí)行順序，并允許有多個數(shù)據(jù)通道同步運行。允許有多個數(shù)據(jù)通道同步運行。 二、二、MATLAB/MATLAB/SimulinkSimulink MATLABMATLAB（MATrixMATrix LABoratoryLABoratory）是美國）是美國MathworksMathworks公司的產(chǎn)品，最初是一個用于矩陣運算公司的產(chǎn)品，最初是一個用于矩陣運算的交互式數(shù)值計算程序，隨后逐漸的交互式數(shù)值計算程序，隨

53、后逐漸擴展了各種軟件擴展了各種軟件工具箱、交互式圖形化動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)平臺工具箱、交互式圖形化動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)平臺和軟、硬件混合仿真平臺，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了和軟、硬件混合仿真平臺，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了科學技術(shù)與工程應(yīng)用的所有領(lǐng)域科學技術(shù)與工程應(yīng)用的所有領(lǐng)域。加之。加之MATLABMATLAB所特所特有的強大而便捷的多維繪圖功能，且允許用戶用數(shù)有的強大而便捷的多維繪圖功能，且允許用戶用數(shù)學書寫方式來表達數(shù)值和符號計算，使得學書寫方式來表達數(shù)值和符號計算，使得MATLABMATLAB軟軟件平臺受到了專業(yè)人士的普遍青睞，并已成為件平臺受到了專業(yè)人士的普遍青睞，并已成為大學大學生必須掌握的基

54、本軟件工具生必須掌握的基本軟件工具。掌握掌握LabVIEWLabVIEW、MATLAB/MATLAB/SimulinkSimulink和和C C語言的編程語言的編程方法和技巧，對于開發(fā)高性價比計算機輔助測量與方法和技巧，對于開發(fā)高性價比計算機輔助測量與控制系統(tǒng)是不可或缺的，其重要性怎么強調(diào)也不過控制系統(tǒng)是不可或缺的，其重要性怎么強調(diào)也不過分。分。 4.5 4.5 硬件接口和總線系統(tǒng)硬件接口和總線系統(tǒng) 硬件接口是數(shù)據(jù)、消息、地址和指令等進行交硬件接口是數(shù)據(jù)、消息、地址和指令等進行交換的場所，而總線系統(tǒng)則是通過公用的數(shù)據(jù)線將儀換的場所，而總線系統(tǒng)則是通過公用的數(shù)據(jù)線將儀器的硬件接口連接起來。器的硬

55、件接口連接起來。 4.5.1 4.5.1 基本概念基本概念通信方式通信方式 從總體來講，計算機中的通信方式從總體來講，計算機中的通信方式有兩種：即有兩種：即串行通信串行通信和和并行通信。并行通信。 串行通信串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占是指數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間據(jù)一個固定的時間長度。其只要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間的通信，缺點是傳輸速度慢，優(yōu)點是傳輸成本低、適合遠距的通信，缺點是傳輸速度慢，優(yōu)點是傳輸成本低、適

56、合遠距離傳輸。離傳輸。 并行通信并行通信是把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進行傳是把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進行傳輸，傳輸速度快，信息率高。但它比串行通信所用的電纜輸，傳輸速度快，信息率高。但它比串行通信所用的電纜多，故常用在傳輸距離較短（幾米至幾十米）、數(shù)據(jù)傳輸多，故常用在傳輸距離較短（幾米至幾十米）、數(shù)據(jù)傳輸率較高的場合。率較高的場合。 (a) 串行通信串行通信(b) 并行通信并行通信 標準化接口標準化接口 硬件接口（以下簡稱接口）是硬件接口（以下簡稱接口）是系統(tǒng)中不同的組件、儀器或裝置連接成為有機整系統(tǒng)中不同的組件、儀器或裝置連接成為有機整體的過渡通道。每一接口都配有特定的設(shè)備消息，體

57、的過渡通道。每一接口都配有特定的設(shè)備消息，即接口指令。在那些能被單獨訪問的接口，都有即接口指令。在那些能被單獨訪問的接口，都有一個以數(shù)字排序的專用地址。一個以數(shù)字排序的專用地址。 測量儀器通常采用標準化接口，以便于建立測量儀器通常采用標準化接口，以便于建立一個獨立于制造商的開放式測量系統(tǒng)。一個標準一個獨立于制造商的開放式測量系統(tǒng)。一個標準化接口大都具有以下的物理特性：化接口大都具有以下的物理特性：（1 1）插頭的結(jié)構(gòu)形式和插針的定義；）插頭的結(jié)構(gòu)形式和插針的定義；（2 2）連接電纜；）連接電纜；（3 3）信號類型和電平要求；）信號類型和電平要求；（4 4）數(shù)據(jù)形式和傳輸協(xié)議。）數(shù)據(jù)形式和傳輸協(xié)

58、議。協(xié)議協(xié)議 掛在接口上的儀器與計算機之間的通訊掛在接口上的儀器與計算機之間的通訊信號往往需要通過總線，而總線上的通訊則必須按信號往往需要通過總線，而總線上的通訊則必須按照一定的規(guī)則（即協(xié)議）來進行。照一定的規(guī)則（即協(xié)議）來進行。協(xié)議一般是按照協(xié)議一般是按照開放式系統(tǒng)開放式系統(tǒng)互聯(lián)（互聯(lián)（Open Open System System InterconnecInterconnec tiontion，OSIOSI）的）的7 7層參考模型層參考模型而制定的，該模型根據(jù)相應(yīng)的功能將通訊的各個子而制定的，該模型根據(jù)相應(yīng)的功能將通訊的各個子任務(wù)進行結(jié)構(gòu)化分層，并采用總線授權(quán)方式來協(xié)調(diào)任務(wù)進行結(jié)構(gòu)化分層，

59、并采用總線授權(quán)方式來協(xié)調(diào)各個參與者對總線的訪問，使它們的傳輸請求能夠各個參與者對總線的訪問，使它們的傳輸請求能夠在可期待的時間內(nèi)得到滿足，同時避免多個參與者在可期待的時間內(nèi)得到滿足，同時避免多個參與者同時使用總線所產(chǎn)生的訪問沖突。同時使用總線所產(chǎn)生的訪問沖突?？偩€授權(quán)方式有兩種：其一，由中央控制單元總線授權(quán)方式有兩種：其一，由中央控制單元集中分配使用權(quán)限；其二，由參與者分散分配使用集中分配使用權(quán)限；其二，由參與者分散分配使用權(quán)限。權(quán)限。在集中方式下，由中央控制單元作為在集中方式下，由中央控制單元作為“主機主機”來控制總線上的通訊，并可隨時訪問總線，余下的來控制總線上的通訊，并可隨時訪問總線，余

60、下的設(shè)備則作為設(shè)備則作為“從機從機”。從機無權(quán)直接發(fā)送任何消息。從機無權(quán)直接發(fā)送任何消息到總線上，而只有在受到主機邀請后，方可向總線到總線上，而只有在受到主機邀請后，方可向總線發(fā)送消息，此即所謂的發(fā)送消息，此即所謂的“主從方式主從方式” 。在主從方。在主從方式下，中央控制單元或以固定的時間間隔式下，中央控制單元或以固定的時間間隔分時分時多路訪問（多路訪問（TDMATDMA）各個參與者，或在中斷后通過狀）各個參與者，或在中斷后通過狀態(tài)查詢（態(tài)查詢（PollingPolling）巡回訪問各個參與者。）巡回訪問各個參與者。 在在分散分散分配方式下，分配方式下，控制權(quán)屬于各個參與者控制權(quán)屬于各個參與者