第6章測(cè)試信號(hào)的記錄

第6章測(cè)試信號(hào)的記錄

重點(diǎn)：記錄儀的類型、筆式記錄儀和光線示波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、計(jì)算機(jī)記錄的數(shù)據(jù)輸入和輸出方式及接口技術(shù)、虛擬儀器的基本概念。難點(diǎn)：光線示波器的振動(dòng)子選擇?！艾F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)”

電子教案

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6.1常用的記錄儀6.2計(jì)算機(jī)記錄儀第6章測(cè)試信號(hào)的記錄6.1常用的記錄儀器6.1.1概述1記錄儀器的作用

¤便于觀察、顯示

¤便于存儲(chǔ)、多次使用2類型

¤按記錄方式：顯性：筆錄儀、光線、電子示波器隱性：磁帶、磁盤(pán)機(jī)、高速攝影儀

¤按信號(hào)特征：模擬、數(shù)字式■3記錄儀的組成記錄頭記錄介質(zhì)：紙、感光紙帶、磁帶6.1.2筆式記錄儀檢流計(jì)式筆式記錄儀允許最大信號(hào)頻率≤125HZ6.1常用的記錄儀器■電位計(jì)式筆式記錄儀允許最大信號(hào)頻率≤10HZ■6.1常用的記錄儀器6.1.3光線示波器光線示波器的基本結(jié)構(gòu)1光線示波器的組成與工作原理■6.1常用的記錄儀器記錄紙上的各個(gè)被記錄信號(hào)時(shí)標(biāo)直線：脈沖氙燈產(chǎn)生一定頻率的閃光1S、0.1S、0.01S分格線：高壓汞燈產(chǎn)生、形成數(shù)值處理■6.1常用的記錄儀器振動(dòng)子的結(jié)構(gòu)原理2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理電磁轉(zhuǎn)矩：MI=BnblI(t)cosθ扭轉(zhuǎn)力矩：MG=Gθ慣性力矩：MJ=Jd2θ/dt2阻尼力矩：MC=Cdθ/dtMI=MG+MJ+MC■6.1常用的記錄儀器振動(dòng)子系統(tǒng)的特性：◆靜態(tài)特性

Sθ：表示單位電流下偏轉(zhuǎn)角的大小。提高Sθ，主要方法是提高磁感應(yīng)強(qiáng)度B。2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.1常用的記錄儀器光點(diǎn)偏移量與電流的關(guān)系2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.1常用的記錄儀器★振動(dòng)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：

2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.1常用的記錄儀器其中：ω：輸入電流信號(hào)的頻率ξ：阻尼比η：圓頻率比ωn：振動(dòng)子固有圓頻率2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.1常用的記錄儀器振動(dòng)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性圖1.3.2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.1常用的記錄儀器■振動(dòng)子的阻尼方式：▼油阻尼：fn＞400HZ▲電磁阻尼：fn≤400HZ2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理電磁阻尼■6.1常用的記錄儀器

振動(dòng)子的選用原則：﹡根據(jù)fn，ξ：ξ=0.7左右A(η)≥95%正弦波：fn=2fx

非陡前沿波：fn=10f基

＊I允：Ix≤I允2振動(dòng)子系統(tǒng)的工作原理■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.1信號(hào)輸入和數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)1.模擬信號(hào)多通道輸入系統(tǒng)：⑴多通道共享采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器該結(jié)構(gòu)適用于信號(hào)變化速度不高，對(duì)采樣信號(hào)不要求同步?！?.模擬信號(hào)多通道輸入系統(tǒng)：⑵多通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該結(jié)構(gòu)可用于多通道信號(hào)的相關(guān)分析，相位關(guān)系?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器1.模擬信號(hào)多通道輸入系統(tǒng)：

⑶多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該結(jié)構(gòu)適用于高速環(huán)境下數(shù)據(jù)采集，成本高，有利于分析相關(guān)性?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器1.模擬信號(hào)多通道輸入系統(tǒng)：⑷主計(jì)算機(jī)管理的各通道獨(dú)立變換和預(yù)處理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)處理S/HA/D單片機(jī)緩沖器預(yù)處理S/HA/D單片機(jī)緩沖器…PC機(jī)該結(jié)構(gòu)適用于智能化傳感技術(shù)和原距離傳輸?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.1信號(hào)輸入和數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)

2.數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)：

⑴多路模擬量輸出通道①每路通道使用獨(dú)立的DAC：CPU接口DACDACDAC該輸出模式可以單獨(dú)刷新，工作速度快，編程比較簡(jiǎn)單?！觥?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.1信號(hào)輸入和數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)

2.數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)：

⑴多路模擬量輸出通道②多路通道共享一個(gè)DAC：CPU接口及通道選擇S/HS/HS/H模擬開(kāi)關(guān)DAC每個(gè)通道都要有足夠的采樣時(shí)間，工作速度慢，編程比較復(fù)雜，模擬開(kāi)關(guān)和保持器都要引入一定的誤差，其精度不高?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.1信號(hào)輸入和數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)

2.數(shù)據(jù)輸出通道基本結(jié)構(gòu)：

⑵開(kāi)關(guān)量輸出通道該通道具有抗干擾和輸出的驅(qū)動(dòng)能力。CPU鎖存器驅(qū)動(dòng)隔離地址譯碼………DBABWR■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.2計(jì)算機(jī)記錄中的接口技術(shù)

1.接口總線：指兩個(gè)互相連接的系統(tǒng)之間的共同邊界。接口：各個(gè)單元與總線相連的硬件部分，是與總線技術(shù)規(guī)范的適配接口電路?？偩€：連接系統(tǒng)各單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息聯(lián)絡(luò)的通信線路。⑴分類與特點(diǎn)①按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次分1）芯片總線：芯片之間連接、也稱元件級(jí)總線。2）內(nèi)總線：連接各種插件板，組成完整的微機(jī)化儀器或系統(tǒng)，也稱板級(jí)總線。如STD總線、多總線、IBMPC總線等?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器⑴分類與特點(diǎn)

①按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次分3）外總線：實(shí)現(xiàn)儀器或系統(tǒng)之間的通信，以組成一個(gè)較大的系統(tǒng)，也稱通信總線。如RS232、GPIB、Centronic總線。②按信息位傳遞方式分1）串行總線：RS232、RS422、RS423。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。2）并行總線：GPIB、Centronic。用于智能化儀器內(nèi)部、近距離傳送數(shù)據(jù)。

■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器2.接口總線的應(yīng)答通信方式

請(qǐng)求線：送出“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號(hào)。輸入響應(yīng)：表示數(shù)據(jù)已經(jīng)讀取。儀器接口接口微機(jī)數(shù)據(jù)讀輸入輸入響應(yīng)請(qǐng)求線回答線■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式

輸入與輸出接口在微機(jī)與被控設(shè)備之間進(jìn)行信息傳遞，對(duì)它的控制方式常有兩種：1.程序控制方式：利用微機(jī)的I/O指令來(lái)控制設(shè)備的一種方式。1）無(wú)條件方式也稱直接方式，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)一直有效或輸出設(shè)備一直準(zhǔn)備就緒時(shí)，可采用該方式。輸接輸入出口口口發(fā)光二極管……開(kāi)關(guān)輸入■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式1.程序控制方式：

2）有握手信號(hào)（查詢）的傳送方式數(shù)據(jù)的輸入輸出是在程序控制下進(jìn)行的。CPU首先要讀設(shè)備的狀態(tài)，檢查設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒；如果設(shè)備沒(méi)有準(zhǔn)備好，程序就不斷循環(huán)，反復(fù)詢問(wèn)，直到設(shè)備準(zhǔn)備就緒才能退出循環(huán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入或輸出。在循環(huán)等待時(shí)，CPU不能處理其他任何事務(wù)，計(jì)算機(jī)的工作效率較低。但由于實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，在一些只需簡(jiǎn)單I/O設(shè)備時(shí)的小型系統(tǒng)中經(jīng)常采用。準(zhǔn)備就緒否？傳送數(shù)據(jù)返回YN■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式1.程序控制方式：

3）中斷方式當(dāng)外設(shè)就緒時(shí)，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，然后CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，把正在執(zhí)行的程序暫時(shí)“中斷”，而轉(zhuǎn)到中斷處理程序，完成數(shù)據(jù)傳送的任務(wù)，再返回被中斷的程序，繼續(xù)執(zhí)行?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式

2.數(shù)據(jù)通道（DMA）方式：

程序控制I/O方式，對(duì)于某些要求快速進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的設(shè)備如磁帶機(jī)、CRT終端等，是不能滿足傳送速度要求的，因此采用數(shù)據(jù)通道方式時(shí)，即存儲(chǔ)器直接存?。―MA）。

所謂“直接存取”，就是采用數(shù)據(jù)通道方式，不通過(guò)CPU，而在外部設(shè)備和存儲(chǔ)器之間直接傳送數(shù)據(jù)。DMA控制器與CPU自動(dòng)保持聯(lián)系，利用挪用的周期對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。節(jié)省了CPU的時(shí)間，加快了傳送數(shù)據(jù)的速度?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式

2.數(shù)據(jù)通道（DMA）方式：

DMA的工作過(guò)程可分為2個(gè)步驟：1）DMA控制器的初始化：①設(shè)定數(shù)據(jù)傳送方向；即要指定其狀態(tài)寄存器中相應(yīng)控制位的值。②設(shè)定地址寄存器的初值。即指定首地址，字記數(shù)寄存器的初值。2）DMA數(shù)據(jù)交換：①I(mǎi)/O設(shè)備或接口通過(guò)DMA控制器在DMAC在DMA請(qǐng)求線上向CPU發(fā)出DMA請(qǐng)求?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.3數(shù)據(jù)的輸入輸出控制方式

2.數(shù)據(jù)通道（DMA）方式：

DMA的工作過(guò)程可分為2個(gè)步驟：2）DMA數(shù)據(jù)交換：②DMA控制器把“DMA確認(rèn)信號(hào)”轉(zhuǎn)送給I/O設(shè)備和存儲(chǔ)器，發(fā)出可交換數(shù)據(jù)的通知，然后在地址總線上發(fā)出一個(gè)事先設(shè)置的初始地址。③數(shù)據(jù)沿?cái)?shù)據(jù)總線直接在I/O設(shè)備或接口與存儲(chǔ)器之間傳送，每傳送一個(gè)字，DMA控制器的地址加1；字寄存器減1。如此循環(huán)，直至字寄存器減為0，數(shù)據(jù)傳送完畢?！?.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.4虛擬儀器電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大體分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。1.定義：

VI（VirtualInstrument）NI公司1986年提出。是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測(cè)控系統(tǒng)；是一種由計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。2.VI的硬件和軟件系統(tǒng)1）硬件系統(tǒng)分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件。虛擬儀器結(jié)構(gòu)圖■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.4虛擬儀器2.VI的硬件和軟件系統(tǒng)1）硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)。如普通計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)等。測(cè)控功能硬件可分為GPIB、VXI、PXI、PC插卡式、USB外設(shè)等體系結(jié)構(gòu)。2）軟件系統(tǒng)VI的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用軟件。VISA（VirtualInstrumentationArchitecture）虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱。虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.4虛擬儀器2）軟件系統(tǒng)VISA（VirtualInstrumentationArchitecture）虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程控。它對(duì)于儀器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)可調(diào)用的操作函數(shù)集。儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序集。它是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀器廠商以源碼的形式提供給用戶。■6.2計(jì)算機(jī)記錄儀器6.2.4虛擬儀器2）軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上，直接面對(duì)操作用戶，通過(guò)提供直觀友好的測(cè)控操作界面/豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來(lái)完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。還包括通用數(shù)字處理軟件。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫(xiě)，