9.1概述9.2個人儀器系統(tǒng)的設(shè)計9.3VXI總線儀器系統(tǒng)9.4虛擬儀器及其實現(xiàn)技術(shù),第9章個人儀器及系統(tǒng),個人儀器也稱PC儀器，是在智能儀器發(fā)展基礎(chǔ)上出現(xiàn)的又一種新型的微型計算機(jī)化儀器。由于個人儀器充分利用了PC機(jī)的軟件和硬件資源，因而相對傳統(tǒng)智能儀器來說，極大地降低了成本，大幅度地縮短研制周期，顯示出廣闊的發(fā)展前景。,9.1概述,9.1.1個人儀器及發(fā)展,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng)（基于PC機(jī)內(nèi)部總線）、模塊式個人儀器及系統(tǒng)（基于獨(dú)立儀器總線）、VXI總線儀器系統(tǒng)（基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的儀器總線）,個人儀器及系統(tǒng)發(fā)展的幾個階段,9.1.1個人儀器及發(fā)展,最簡單的形式是內(nèi)插件式，它把儀器插卡直接插入到PC機(jī)內(nèi)部的總線擴(kuò)展槽內(nèi)。儀器插卡主要完成數(shù)據(jù)采集工作，所以儀器插卡也稱數(shù)據(jù)采集卡DAQ（DATAAcQuisition），這類儀器也稱PCDAQ形式個人儀器。,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng),克服上述缺點(diǎn)的辦法是：定義新的儀器總線并將儀器插件移到PC機(jī)外的獨(dú)立機(jī)箱中,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、方便，成本低。缺點(diǎn)：難以滿足重載儀器對電流和散熱的要求，機(jī)內(nèi)干擾也較嚴(yán)重，在組成個人儀器系統(tǒng)時，由于沒有專門為儀器定義的總線，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PCDAQ形式的個人儀器及系統(tǒng)的性能不可能很高。,9.1.1個人儀器及發(fā)展,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng),軟面板,插入,儀器卡,計算機(jī),9.1.1個人儀器及發(fā)展,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng),、獨(dú)立總線的模塊式個人儀器及系統(tǒng),特點(diǎn)：獨(dú)立的機(jī)箱和獨(dú)立的電源系統(tǒng)，使儀器避開了微型計算機(jī)的噪聲環(huán)境；設(shè)計了專門的儀器總線PCIB，組成儀器系統(tǒng)很方便；更換系統(tǒng)中與微型計算機(jī)配合的接口卡，可適應(yīng)多種個人計算機(jī)；系統(tǒng)中的儀器模塊和接口電路中也使用了微處理器，因而HP6000系統(tǒng)是一種功能很強(qiáng)大的多CPU的分布系統(tǒng),HP公司在1986年前后推出的6000系列模塊式PC儀器系統(tǒng)被認(rèn)為是這類形式個人儀器及系統(tǒng)的典型產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)圖如右圖所示。,9.1.1個人儀器及發(fā)展,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng),、獨(dú)立總線的模塊式個人儀器及系統(tǒng),各公司為儀器系統(tǒng)設(shè)計了：獨(dú)立的機(jī)箱、獨(dú)立的電源、專門的儀器總線,9.1.1個人儀器及發(fā)展,、內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng),、獨(dú)立總線的模塊式個人儀器及系統(tǒng),、VXI總線儀器系統(tǒng)（基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)總線）,1987年7月，HP、Tektronix等五家重要電子儀器公司制造廠家組成的聯(lián)合體，提出了用于儀器模塊式插卡的新型的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)：VXI總線。VXI總線是在原有的VME總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的儀器總線，由于VME總線是為計算機(jī)一般應(yīng)用而開發(fā)的，未涉及電磁干擾、功率損耗和冷卻等問題，VXI總線對此做了妥善的處理。VXI總線的基本概念是為模塊電子儀器提供一個開放的結(jié)構(gòu)，從而使所有儀器廠家提供的各種儀器模塊可以在同一主機(jī)箱內(nèi)運(yùn)行。VXI總線標(biāo)準(zhǔn)是公開的，截至1994年，生產(chǎn)VXI產(chǎn)品的廠商已有九十多家，產(chǎn)品品種超過1000種，安裝的系統(tǒng)數(shù)超過10000套。因此，可以說VXI儀器系統(tǒng)已被確認(rèn)為是個人儀器的一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品了,、VXI總線儀器系統(tǒng),獨(dú)立的機(jī)箱內(nèi)設(shè)計了世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)總線,9.1.2個人儀器的總線,本章側(cè)重討論P(yáng)CDAQ形式個人儀器所采用的總線,一、總線,總線是指一些線路的集合。微型計算機(jī)總線按功能可分為內(nèi)總線和外總線兩類。內(nèi)總線又稱系統(tǒng)總線，它的基本功能是對接于總線上的各模塊和插卡提供信息通路，使各模塊和插卡能通過總線與微型計算機(jī)交換信息。內(nèi)總線隨微型計算機(jī)機(jī)型而異，有各自的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對總線上模塊板的尺寸、引腳信號的定義都有明確的規(guī)定。常見的內(nèi)總線有S100總線、STD總線、Apple系列總線、IBMPC系列總線。外總線又稱通信總線，它用于微型計算機(jī)之間、微型計算機(jī)與儀器和其他設(shè)備之間的通信。如用于微型計算機(jī)之間通信的RS232C，用于自動測試系統(tǒng)的GPIB，以及適用于模塊式個人儀器系統(tǒng)的PCIB、VXI等。,9.1.2個人儀器的總線,本章側(cè)重討論P(yáng)CDAQ形式個人儀器所采用的總線,一、總線,主要闡述IBMPC系列微型計算機(jī)及其兼容機(jī)所采用的總線，包括PC總線，ISA總線，EISA總線以及PCI總線等。本節(jié)側(cè)重討論P(yáng)C總線。,二、PC總線,PC總線是指IBMPC/XT機(jī)及兼容機(jī)使用的總線。IBMPC/XT機(jī)及兼容機(jī)的主機(jī)板后部設(shè)有5個或8個總線插座。每個插座有62個引腳。插座引腳和信號的定義如圖92所示，各引腳信號的說明如表9-1所示。,總線共含62個引腳，按功能可分為四類：數(shù)據(jù)傳送總線8根；地址總線20根；控制總線26根。其它總線8根(+5V的2根、5V的1根、+12V的1根、12V的1根及地線3根),IBMPC總線,1.數(shù)據(jù)總線D7D0共8條，是雙向數(shù)據(jù)傳送線，為CPU、存儲器及I/O設(shè)備間提供信息傳送通道。2.地址總線A19A0共20條，用來選定存儲器地址或I/O設(shè)備地址。當(dāng)選定I/O設(shè)備地址時，A19A16無效。20位地址線允許訪問1MB存儲空間，16位地址線允許訪問64KB的I/O設(shè)備空間。這些信號一般由CPU產(chǎn)生，也可以由DMA控制器產(chǎn)生。3.控制總線控制總線共26條（重點(diǎn)掌握6根）,IBMPC總線,3.控制總線控制總線共26條（重點(diǎn)掌握6根）IOR：(輸出、低電平有效)I/O讀命令，由CPU或DMA控制器產(chǎn)生。信號有效時，把選中的I/O設(shè)備接口中數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線。IOW：(輸出、低電平有效)I/O寫命令，由CPU或DMA控制器產(chǎn)生，用來控制將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到所選中的I/O設(shè)備接口中。,MEMR：(輸出、低電平有效)存儲器讀命令，由CPU或DMA控制器產(chǎn)生，用來控制把選中的存儲單元數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線。MEMW：(輸出、低電平有效)存儲器寫命令，由CPU或DMA控制器產(chǎn)生，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入所選中的存儲單元。,AEN：(輸出)地址允許信號，由8237A發(fā)出，此信號用來切斷CPU控制，以允許DMA傳送。AEN為高電平有效，此時由DMA控制器8237A來控制地址總線、數(shù)據(jù)總線以及對存儲器和I/O設(shè)備的讀/寫命令線。在制作接口電路中的I/O地址譯碼器時，必須包括這個控制信號。ALE：(輸出)地址鎖存允許，由總線控制器8288提供。ALE有效時，在ALE下降沿鎖存來自CPU的地址。目前地址總線有效，可開始執(zhí)行總線工作周期。,9.1.3PCDAQ形式個人儀器的組成原理,一、硬件結(jié)構(gòu),PCDAQ形式個人儀器的硬件是由儀器插件通過內(nèi)總線與微型計算機(jī)融合在一起構(gòu)成的，因而儀器插件總有接口和測量兩大部分電路，基本框圖如圖所示。,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(jī)的一般功能接口卡的接口電路基本一致。測量部分電路與智能儀器的測量部分電路基本一致，雖然依測量任務(wù)不同測量電路的結(jié)構(gòu)與組成有很大差異，但一般說來包括輸入電路、采樣與保持、A/D轉(zhuǎn)換、時基與時鐘等部分。,9.1.3PCDAQ形式個人儀器的組成原理,一、硬件結(jié)構(gòu),二、軟面板及操作,個人儀器區(qū)別于智能儀器的一個顯著特點(diǎn)是：用戶不再使用儀器的面板，而是采用軟面板實現(xiàn)對儀器的操作。軟面板是顯示在CRT上由高分辨率作圖生成的儀器面板圖形(類似于儀器的硬面板)，用戶通過操作鍵盤、鼠標(biāo)器移動光標(biāo)方式或通過觸屏方式來選擇軟面板上的按鍵(稱軟鍵)。顯示在CRT上軟面板的繪制可采用VC,VB,Delphi等語言及圖形化的編程語言。,軟面板依測試儀器性質(zhì)不同其形式也各不相同，但一般包括儀器面板顯示、軟鍵、狀態(tài)反饋和系統(tǒng)控制等窗口。,一、硬件結(jié)構(gòu),二、軟面板及操作,個人儀器系統(tǒng)一般有人工和程序兩種控制方式，一般結(jié)構(gòu)如圖所示。,三、個人儀器控制程序,在人工控制方式下，系統(tǒng)軟件在微型計算機(jī)屏幕上產(chǎn)生一個軟面板，用戶可以像操作傳統(tǒng)儀器一樣，通過軟面板選擇功能、量程以及輸入有關(guān)參數(shù)，建立起相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志提供給儀器控制程序。軟面板的鍵盤操作一般是以中斷方式實現(xiàn)的，當(dāng)用戶按下一個鍵時，軟面板就中止當(dāng)前執(zhí)行的功能，判斷所按的鍵。如果按下錯誤的鍵，就發(fā)出聲響，以提醒用戶；如果按下正確的鍵，或顯示所選參數(shù)，或與儀器驅(qū)動程序模塊進(jìn)行通信來執(zhí)行某項操作并實時顯示測量結(jié)果。,一、硬件結(jié)構(gòu),二、軟面板及操作,個人儀器系統(tǒng)一般有人工和程序兩種控制方式，一般結(jié)構(gòu)如圖所示。,三、個人儀器控制程序,在程序控制方式下，編程工具提供了容易記住和學(xué)會的高級命令，以便讓用戶能編制測試程序去進(jìn)行自動測試。對用戶來說，只需按照語句的格式進(jìn)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。儀器驅(qū)動程序是最底層的軟件，是與PC儀器硬件直接聯(lián)系的軟件模塊，無論人工操作方式或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(qiáng)，要求程序的執(zhí)行速度快，因此一般直接采用匯編語言編寫。,9.1.3PCDAQ形式個人儀器的組成原理,一、硬件結(jié)構(gòu),二、軟面板及操作,三、個人儀器控制程序,綜上所述，個人儀器軟件系統(tǒng)主要解決兩個問題：一是軟面板的制作，二是對底層的實時控制及有關(guān)數(shù)據(jù)的處理。,目前，個人儀器應(yīng)用軟件的編寫一般采用如下兩種方式：一種是采用通用Windows操作環(huán)境下的可視化編程軟件進(jìn)行編寫的，例如，C+，Delphi，PowerBuilder等。另一種是采用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開發(fā)，如HP公司的HPVEE、NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI等。這些軟件一般還包括一些通用的數(shù)字處理軟件，如頻域分析的功率譜估計、FFT、FHT、逆FFT和細(xì)化分析等，時域分析的相關(guān)分析、卷積運(yùn)算、反卷運(yùn)算、均方根估計、差分積分運(yùn)算和排序等，數(shù)字濾波等。這些功能函數(shù)為用戶加速個人儀器的開發(fā)速度以及進(jìn)一步擴(kuò)展儀器的功能提供了基礎(chǔ)。,9.2個人儀器系統(tǒng)的設(shè)計,9.2.1DVM個人儀器的設(shè)計,本節(jié)介紹的DVM個人儀器實例屬于PC-DAQ形式。通過學(xué)習(xí)，擬使讀者能掌握個人儀器最基本的特點(diǎn)；直觀地建立起個人儀器的概念；掌握個人儀器硬件設(shè)計的一般方法；學(xué)會采用Delphi語言編寫較簡單個人儀器軟件系統(tǒng)的方法。,一、DVM個人儀器插卡硬件結(jié)構(gòu)、二、軟面板的生成三、測量控制程序的設(shè)計,9.2.1DVM個人儀器的設(shè)計,一、DVM個人儀器插卡硬件結(jié)構(gòu),DVM個人儀器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)精確度：優(yōu)于0.1%讀數(shù)0.1%滿度；(2)靈敏度：100V；(3)量程范圍：0.2V、2V、20V、200V；(4)輸入阻抗：0.2V、2V量程大于500M，其他量程10M；(5)最大顯示數(shù)：1999；(6)自動測量功能：自動穩(wěn)零、自動量程切換；(7)儀器處理功能：AX+B、上下限判斷、相對誤差、最大值/最小值/平均值、方差等。,一、DVM個人儀器插卡硬件結(jié)構(gòu),該儀器的A/D轉(zhuǎn)換器采用MC14433，輸入電路由輸入衰減器、前置放大器、量程轉(zhuǎn)換和自動零點(diǎn)調(diào)整的切換電路組成。PC機(jī)通過接口電路對其進(jìn)行控制。,一、DVM個人儀器插卡硬件結(jié)構(gòu),該儀器的A/D轉(zhuǎn)換器采用MC14433，輸入電路由輸入衰減器、前置放大器、量程轉(zhuǎn)換和自動零點(diǎn)調(diào)整的切換電路組成。PC機(jī)通過接口電路對其進(jìn)行控制。,輸入電路作用是將不同量程的被測電壓UX規(guī)化到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值(02V)。前置放大器采用MC7050組成的同相放大器，倍數(shù)為1或10倍，由繼電器K2控制切換；輸入衰減器系數(shù)為1100，由繼電器K1控制；自動零點(diǎn)調(diào)整由繼電器K3控制。PC機(jī)通過接口電路對其進(jìn)行控制。,8255初始化為：端口A為輸入，輸入A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)和位選信號；上C口為輸入，其中PC0用于對A/D轉(zhuǎn)換器的EOC狀態(tài)信號的查詢；下C口為輸出，其中PC4、PC5、PC6經(jīng)7406驅(qū)動控制繼電器K1、K2和K3，實現(xiàn)對工作模式和量程的控制。DVM個人儀器在測量模式和自動零點(diǎn)模式時各擋量程的控制命令字如表9-3，只要將這些控制命令字寫到8255下C口，各繼電器便能按照寫入的命令字，控制輸入回路組合成相應(yīng)的模式和量程。,二、軟面板的生成,運(yùn)用Delphi可視化編程軟件設(shè)計的DVM個人儀器的軟面板如圖所示。,左上部為顯示窗，用來顯示測量結(jié)果；下部為狀態(tài)反饋窗，提供當(dāng)前正在執(zhí)行的有關(guān)信息及出錯信息；余下的部分為軟鍵操作窗。軟鍵操作窗又分為兩個區(qū)域，左邊為量程鍵區(qū)域，右邊為功能鍵區(qū)域，用戶通過鼠標(biāo)單擊的方法可以很方便地進(jìn)行按鍵選擇。圖示的軟面板表示儀器當(dāng)前處于連續(xù)測量狀態(tài)，測量速率為10次/秒，正在執(zhí)行的功能是DVM，其量程為2V擋，當(dāng)前的測量結(jié)果為1.499V。,DVM個人儀器共設(shè)置0.2V,2V,20V,200V,Auto五個量程鍵，其中Auto為自動量程轉(zhuǎn)換控制鍵，此鍵被選中時，DVM個人儀器能根據(jù)被測電壓的大小自動選擇一個最佳的量程。儀器共定義了9個功能。其中DVM鍵為一般功能，此鍵如被選中，個人儀器將作為一般數(shù)字電壓表使用；AX+B是標(biāo)度變換功能；HLA鍵用于判斷多次測量后測量值中的最大值、最小值和平均值；%鍵用于計算被測信號的相對誤差；DX鍵用于統(tǒng)計多次測量結(jié)果的方差、標(biāo)準(zhǔn)差和均方差。用戶還可按照自己的實際需要，使用Delphi語言編程來定義新的功能。,例如：若選中%(相對誤差)功能，軟面板前方會彈出一個如圖911(a)所示的窗口，引導(dǎo)用戶通過操作PC機(jī)鍵盤輸入被測電壓的標(biāo)稱值；當(dāng)用戶輸入被測電壓的標(biāo)稱值并單擊OK鍵進(jìn)行確認(rèn)后，儀器便進(jìn)入該項功能的測量與處理，并給出處理后的結(jié)果。圖911(b)給出的結(jié)果表明，被測信號電壓的標(biāo)稱值為1.5V，實際測量值為1.499V，信號電壓的相對誤差值為0.0667%。,DVM的功能在執(zhí)行前，一般需在軟面板引導(dǎo)下輸入選定的參數(shù)。,二、軟面板的生成,三、測量控制程序的設(shè)計,由于Delphi編程語言是事件驅(qū)動的，因此測量控制程序使用了定時器Timer組件來定時驅(qū)動每次測量過程的開始。Timer組件的定時時間由屬性Interval來確定，本儀器A/D轉(zhuǎn)換時間不大于0.1s，所以初始化Interval為0.1s。當(dāng)預(yù)置的“定時時間到”這個事件發(fā)生時，便激活一次測量過程。,DVM個人儀器測量控制主程序流程如圖所示。,一次測量過程包括如下內(nèi)容：首先根據(jù)用戶在軟面板選擇的量程鍵所對應(yīng)的量程代碼rn，發(fā)送對應(yīng)的量程控制字；根據(jù)用戶在軟面板上選擇的功能鍵所對應(yīng)的功能代碼fn，讀取對應(yīng)功能的參數(shù)；然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行與選定功能和量程相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；最后將處理結(jié)果送到軟面板顯示屏中進(jìn)行顯示。當(dāng)完成上述工作后，一次測量過程便結(jié)束。當(dāng)定時器Timer的“定時時間到”這個事件又發(fā)生時，便再次重復(fù)以上過程。,9.2.2HP-PC儀器系統(tǒng)介紹,HP-PC儀器系統(tǒng)是HP公司1986年推出的，該系統(tǒng)當(dāng)時共提供了數(shù)字多用表、函數(shù)發(fā)生器、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、雙數(shù)模變換器和繼電器驅(qū)動器8種個人儀器組件。所有的個人儀器組件都封裝在一個塑料機(jī)殼中，它們擁有同一種母線標(biāo)準(zhǔn)，通過一塊專用接口卡與IBMPC及兼容機(jī)相連。所有個人儀器組件公用一個外部電源，分兩排疊放在電源上部，形成了簡單方便的儀器系統(tǒng)。,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機(jī)中，因而個人儀器組件本身不再具有傳統(tǒng)的獨(dú)立形態(tài)。,個人計算機(jī)對HPPC儀器的控制有人工控制和程序控制兩種。在人工控制方式下，HPPC儀器系統(tǒng)軟件在PC機(jī)的顯示屏上向用戶提供一幅可以人-機(jī)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語言類同，比如OUTPUT，MEASURE，F(xiàn)UNCTION等。例如個人計算機(jī)向DMM發(fā)送命令，使其處于測直流電壓功能，則只需一句程序CALLSET.FUNCTION(MY.DMM，DCVOLTS，非常類似普通語言，易于使用者掌握。除此之外，HPPC儀器系統(tǒng)還帶有GPIB口，以便于和其他帶GPIB總線的儀器連接，應(yīng)用于自動測試系統(tǒng)中。,一、概述,二、HP-PC儀器組件的面版與軟面板,由圖（a）可以看出，實際的儀器面板只剩下與被測件相連接的插頭。傳統(tǒng)智能儀器面板中的各鍵盤以及顯示屏將由圖（b）所示的出現(xiàn)在個人計算機(jī)顯示屏上的“軟面板”來擔(dān)任。,二、HP-PC儀器組件的面版與軟面板,HPPC儀器系統(tǒng)的軟面板，被劃為四個互不重疊的窗口。下面以數(shù)字示波器軟面板為例，說明HPPC儀器系統(tǒng)軟面板的特點(diǎn)。,(1)對話窗口：位于軟面板的右上方。用于指示當(dāng)前受控個人儀器與操作者互相交換信息。這個窗口一方面顯示被測信號的波形；另一方面還呈現(xiàn)與當(dāng)前功能的有關(guān)的軟鍵，供操作者通過觸屏或移動鼠標(biāo)來進(jìn)行選擇。(2)狀態(tài)窗口：位于對話窗口下方，用于向用戶提供儀器的現(xiàn)行狀態(tài)，例圖(b)所示的軟面板的狀態(tài)窗口指出儀器正在運(yùn)行，當(dāng)前處于前面板控制模式。這個窗口還能在儀器出現(xiàn)故障時，給出出錯信息以及處理建議。,二、HP-PC儀器組件的面版與軟面板,HPPC儀器系統(tǒng)的軟面板，被劃為四個互不重疊的窗口。下面以數(shù)字示波器軟面板為例，說明HPPC儀器系統(tǒng)軟面板的特點(diǎn)。,(3)系統(tǒng)觀察窗口：位于軟面板的左側(cè)，用來觀察系統(tǒng)中除當(dāng)前受控儀器之外的其他個人儀器的工作狀態(tài)。圖中所示系統(tǒng)觀察窗口中給出了DMM、通用計數(shù)器、函數(shù)發(fā)生器的測量結(jié)果。這個功能很像電視機(jī)中多畫面顯示功能(4)系統(tǒng)控制窗口：在屏幕的下方。這些控制面向整個系統(tǒng)的。例如，把設(shè)定好功能狀態(tài)的儀器從對話窗口存入系統(tǒng)觀察窗口，或把某種儀器從系統(tǒng)觀察窗口調(diào)到對話窗口。,三、PC-IB母線系統(tǒng),儀器系統(tǒng)采用了一種被稱為PC-IB的并行和串行混合的26芯母線系統(tǒng)，用于把PC儀器和個人計算機(jī)聯(lián)系起來。串行通道和并行通道是相互獨(dú)立的。其中串行通道帶有光電隔離，適用于需要隔離的儀器，例如DMM；并行通道采用直接并行傳輸，適用于不需隔離的高速儀器，例如數(shù)字示波器。,三、PC-IB母線系統(tǒng),8條數(shù)據(jù)線分時地傳遞命令、地址和數(shù)據(jù)，由執(zhí)行碼TRO和TRL來區(qū)分，如表所示。GATE和FLAG線用來掛鉤聯(lián)絡(luò)。當(dāng)PC機(jī)向PC儀器發(fā)消息時，PC機(jī)用GATE表示所傳消息有效，PC儀器用FLAG表示消息接收完畢；當(dāng)PC儀器向PC機(jī)發(fā)消息時，PC機(jī)用GATE通知PC儀器把消息發(fā)往母線，PC儀器用FLAG表示消息有效。中斷請求信號線IRQ為PC儀器所使用，低電平有效。并行通信接口由定制的專用集成電路芯片管理。,（并行通道部分）,三、PC-IB母線系統(tǒng),串行通道如圖所示。光電隔離器安裝在PC儀器一側(cè)，同時PC儀器和個人計算機(jī)中PCIB接口卡中各用一片單片計算機(jī)來管理。串行通道只使用TxD和RxD兩條信號線進(jìn)行消息傳遞。,（串行通道部分）,串行通道和并行通道雖然以不同的方式完成信息的傳輸，但是由于串行、并行的通信協(xié)議是一致的，因此從儀器系統(tǒng)軟件的角度看，兩種通信是等同的，用戶不必了解其中的詳細(xì)情況。,四、HP-PC儀器的組成,HP-PC儀器系統(tǒng)中的PC儀器組件由測試功能電路和PCIB接口電路兩部分組成。雖然PC儀器中的大量工作已轉(zhuǎn)移到個人計算機(jī)中完成，但是由于微處理器芯片價格大幅度下降，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。,HP-PC儀器中DMM組件部分電路框圖,功能部分采用微處理器對A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，設(shè)置量程與模式鎖存器來存放從個人計算機(jī)收到的控制信號，以便控制DMM的量程和功能模塊。S3閉合測直流電壓；S2及S4閉合測交流電壓；S1及S3閉合時進(jìn)行電阻測量，這時電流源供給一個確定的電流流過被測電阻，通過測電阻上的電壓獲得電阻值。非易失性存儲器用來存儲測量中的標(biāo)準(zhǔn)或定標(biāo)常數(shù)。微處理器從A/D轉(zhuǎn)換器讀取了數(shù)據(jù)，并對偏移和增益進(jìn)行校正后，把數(shù)據(jù)送往個人計算機(jī)。PC-IB接口部分也采用單片機(jī)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(jī)分開，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?？偟目磥恚麄€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(dāng)。,9.3VXI總線儀器系統(tǒng),9.3.1VXI總線儀器系統(tǒng)概述,VXI總線(VMEbusExtensionsforInstrumentation)是VME總線標(biāo)準(zhǔn)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。VME總線(VersabusModuleEuropean)是美國Motorola公司1981年開發(fā)成功的微型計算機(jī)總線，它以Versa總線和Europcard（歐洲插板）的標(biāo)準(zhǔn)作參考，針對32位微處理器68000而開發(fā)的。目前，采用VME總線的微型計算機(jī)已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為是性能良好的微型計算機(jī)總線，但VME總線不完全適用儀器系統(tǒng)在電氣、機(jī)械等性能方面更全面的要求，為此，在VME總線的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步擴(kuò)展而形成了VXI總線。,VXI總線儀器系統(tǒng)是一種模塊插板式結(jié)構(gòu)的電子儀器系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。VXI總線儀器的主機(jī)架可以插放多個儀器模塊插板。主機(jī)架的后板為高質(zhì)量的十多層的印刷電路板，其上印制著VXI總線。,總線與模塊插板是通過連接器連接的，主機(jī)后板上安裝著連接器的插座，模塊插板上安裝著連接器的插頭。連接器有P1，P2和P3三種，這些連接器采用了96引腳三列的歐式卡結(jié)構(gòu)，每個引腳都有嚴(yán)格的定義。,9.3.1VXI總線儀器系統(tǒng)概述,VXI總線儀器系統(tǒng)主機(jī)架,連接器有P1，P2和P3三種，這些連接器繼承了VME的機(jī)械特性，采用了96引腳三列的歐式卡結(jié)構(gòu)，每個引腳都有嚴(yán)格的定義。其中P1是各種模塊都必需的，P2，P3是可選擇的，P1，P2，P3的總線分布如圖919所示，從各主要總線的功能可知，VXI總線除具備VME總線功能外，針對電子儀器又增加了10MHz和100MHz的時鐘線、TTLECL的觸發(fā)線、星形線(O插槽為中心、其他插槽作支線、各線最大延遲5ns)、本地線(鄰近模塊的高速通信線)、模擬線、模塊識別線以及供ECL、TTL和模擬電路使用的7組穩(wěn)壓電源等。VXI總線在設(shè)計上保證了電磁兼容性，對相鄰模板的電磁輻射、交流和射頻電流都有嚴(yán)格的指標(biāo)規(guī)定。,VXI總線儀器系統(tǒng)中的儀器模塊插板尺寸被嚴(yán)格規(guī)定為A，B，C，D四種。為了增強(qiáng)系統(tǒng)對各種尺寸插件的適應(yīng)性，系統(tǒng)允許在為較大模塊插件設(shè)計的主機(jī)架中插入較小的模塊插件，例如按C型模塊設(shè)計的主機(jī)架，也可以插放A，B型的模塊。每種模塊插板尺寸規(guī)定如圖所示，其中，應(yīng)用最多的是C尺寸模板，其高度寬度分別為23.335cm和34cm，厚度為3cm，大體上相當(dāng)于一本大型書籍的尺寸，系統(tǒng)組建者可以像插放或更換書架上的書一樣，靈活方便地插放或更換主機(jī)架中的儀器模塊插板，構(gòu)成所需要的各種測試系統(tǒng)。一個VXI儀器系統(tǒng)最多可有256個器件，一個器件就是插入主機(jī)的一個儀器插件，但也允許在一個儀器插件上有多個器件或一個器件包含多個儀器插件。,VXI總線儀器系統(tǒng)中的儀器插卡,每個VXI器件都有一組組態(tài)寄存器，系統(tǒng)通過訪問這些組態(tài)寄存器可以識別器件的種類、型號、生產(chǎn)廠、地址空間以及存儲器需求等。每個器件都具有惟一的邏輯地址，同時每個器件占有64B的寄存器地址空間，共計16KB，占用64KB地址的高16KB的位置。設(shè)某器件的邏輯地址為A，則器件寄存器組的基地址=215214A64，這就保證了所有器件的64B寄存器地址空間不會重疊。VXI器件可以是復(fù)雜的智能儀器插件或微型計算機(jī)系統(tǒng)，也可以是單純的存儲器或開關(guān)矩陣。,寄存器基器件即基于寄存器的器件，它沒有通信寄存器，器件的通信是通過對它的寄存器的讀/寫來實現(xiàn)，它在命令者/受命令者的分層結(jié)構(gòu)中擔(dān)任受令者。寄存器基器件電路簡單，易于實現(xiàn)。另外，由于節(jié)省了指令的譯碼時間，速度快，在數(shù)傳速率要求高的情況下特別有用。存儲器器件與寄存器基器件很相似，沒有通信寄存器，只能靠寄存器的讀/寫來進(jìn)行通信。存儲器器件即ROM、RAM及磁盤存儲器等，它不僅要有組態(tài)寄存器等，還必須有特征寄存器來區(qū)分存儲器的類型及存取時間。除了上述區(qū)別，可以把存儲器器件與寄存器基器件同等對待。以消息為基礎(chǔ)的消息基寄存器不但具有組態(tài)寄存器以及若干個由器件決定的寄存器，還具有通信寄存器件來支持復(fù)雜的通信規(guī)程而進(jìn)行高水平的通信。它一般都是具有在板智能的較復(fù)雜的器件，如計算機(jī)、資源管理者、各類高性能測試儀器插件等。它可以擔(dān)任分層結(jié)構(gòu)中的命令者，也可以擔(dān)任受命者，或者同時兼任上層的受命者及下層的命令者。擴(kuò)展器件是指有特定目的的器件，用于為VXI未來發(fā)展定義新器件門類。,根據(jù)自身性質(zhì)、特點(diǎn)和它支持的通信規(guī)程，VXI器件可分為寄存器基器件、存儲器器件、消息基器件和擴(kuò)展器件等4類：,9.3.2VXI總線儀器系統(tǒng)軟件,VXI系統(tǒng)通信規(guī)程、軟件標(biāo)準(zhǔn)SCPI（StandardCommandsforProgramableInstruments）輔助軟件開發(fā)的輔助工具。,第一層：寄存器讀/寫層第二層：信號/中斷層第三層：字串行規(guī)程層，,VXI儀器系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)是:,VXI系統(tǒng)的通信有若干層，其通信規(guī)程示意圖如圖示,第一層：寄存器讀/寫層通過寄存器的讀/寫實現(xiàn)，通信速度快，硬件費(fèi)用少，但對用戶支持最少，最不方便的通信，是寄存器基器件和存儲器器件支持的最低層的通信。,第三層：字串行規(guī)程層命令者與受命令者之間的字串行通信，屬于消息基器件的通信規(guī)程層有兩種聯(lián)系方式，一是直接以字串行方式向器件發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，另一種經(jīng)過488VXI規(guī)程和488.2語言與特定規(guī)程聯(lián)系，這種方式可以像控制488儀器一樣控制VXI儀器。,第二層：信號/中斷層它允許VXI器件向它的命令者回報信息，也是一種寄存器基器件和存儲器器件支持的低層通信。,、IEEE488.2IEEE488.2主要涉及儀器的內(nèi)務(wù)管理功能，不涉及器件消息本身。、可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPISCPI是建立在IEEE488.2的基礎(chǔ)上，側(cè)重解決儀器程控和儀器響應(yīng)中器件消息標(biāo)準(zhǔn)化問題。SCPI的主要內(nèi)容有語法和式樣，命令結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換格式。SCPI與過去的儀器語言的不同點(diǎn)在于命令描述的是信號，而不是儀器，即SCPI命令可以應(yīng)用于不同的儀器，從而使SCPI具有橫向兼容性。SCPI還是可擴(kuò)展的，即它能隨儀器功能的增加而擴(kuò)大，從而使SCPI具有縱向兼容性。,VXI系統(tǒng)的硬件規(guī)范及字串行協(xié)議，確保了眾多廠商生產(chǎn)的VXI總線儀器插卡硬件上兼容。為了提高軟件的兼容性，還要求有一些標(biāo)準(zhǔn)化的軟件基礎(chǔ)。目前有兩個軟件標(biāo)準(zhǔn)，,Vpp1：plug&play章程；Vpp3.1：關(guān)于構(gòu)架的章程；Vpp3.2：儀器驅(qū)動器結(jié)構(gòu)和設(shè)計規(guī)范；Vpp3.3：儀器驅(qū)動器程控者接口規(guī)范；Vpp4.1：虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)規(guī)范；Vpp4.2：虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換庫規(guī)范；Vpp5：VXI部件知識基礎(chǔ)規(guī)范；Vpp7：軟面板規(guī)范。,為了進(jìn)一步提高儀器系統(tǒng)的易用性和高性能，保證眾多廠商軟件產(chǎn)品在系統(tǒng)級上長期兼容，1993年9月，Tektronix等五大廠商聯(lián)合成立了VXIplugplay聯(lián)盟(簡稱VPP)。該聯(lián)盟起草了一系列文件（重點(diǎn)放在軟件規(guī)范上），對VXI總線作了明確的規(guī)范，較為重要的有如下一些：,雖然Vpp文件目前還處于不斷修改和完善中，但從結(jié)構(gòu)上看Vpp文件已基本完整。,9.3.3VXI總線儀器系統(tǒng)的組建,VXI系統(tǒng)是一種計算機(jī)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(jī)以模塊的形式共存于同一主機(jī)箱內(nèi)。VXI系統(tǒng)的組建按照主控計算機(jī)放置在機(jī)架內(nèi)部或外部，分為內(nèi)控方式和外控方式,外控方式,內(nèi)控方式,HP75000VXI儀器系統(tǒng)裝配示意圖,HP75000VXI儀器系統(tǒng)選用C型主機(jī)架，外部控制器（可采用一臺個人計算機(jī)）通過GPIB總線與主機(jī)架相連接，主機(jī)架上號插槽指定放置指令模板，指令模板主要承擔(dān)VXI系統(tǒng)資源管理以及GPIB總線對VXI總線的翻譯。其他插槽中每一個儀器和設(shè)備都是VXI總線儀器模板。本系統(tǒng)主機(jī)架最多可插放13個標(biāo)準(zhǔn)寬度的模板，有的儀器只需一個模塊構(gòu)成，有的儀器需要用兩個模塊（例如本例中的數(shù)字變換器）。與個人計算機(jī)相連的GPIB總線還可以接至其他VXI系統(tǒng)或其他儀器系統(tǒng)，很靈活。,9.3.3VXI總線儀器系統(tǒng)的組建,VXI儀器系統(tǒng)可以同時進(jìn)行多種測試，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(ICA)，再接到被測設(shè)備中去。這種組件板適應(yīng)性很強(qiáng)被稱作接口適配器，只要改變適配器和軟件，便可測試各種電子產(chǎn)品。,VXI儀器系統(tǒng)集中了智能儀器、個人儀器和GPIB系統(tǒng)的很多特長，它的出現(xiàn)極大影響了電子儀器發(fā)展進(jìn)程。據(jù)國際發(fā)展動態(tài)，本類儀器將在很大程度上取代現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的GPIB總線系統(tǒng)。由于它還能充分發(fā)揮計算機(jī)的效能，運(yùn)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。,9.4虛擬儀器及其實現(xiàn)技術(shù),9.4.1虛擬儀器概述,虛擬儀器通常是指以通用計算機(jī)作為控制器，添加必要的模塊化硬件來完成數(shù)據(jù)采集，由高效、功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)完成人機(jī)交互及數(shù)據(jù)處理的一種計算機(jī)系統(tǒng)。虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器與計算機(jī)之間的界限模糊了，用戶操作這臺計算機(jī)就像操作一臺他自己專門設(shè)計的傳統(tǒng)電子儀器一樣。,虛擬儀器概念是在個人儀器和計算機(jī)軟件不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上提出來的。它更加強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的思想。用戶通過在已建立的通用儀器平臺上，調(diào)用不同的測試軟件就可以構(gòu)成各種功能的虛擬儀器。這個概念克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定而不能變動的限制，打破了儀器功能只能由廠家定義，用戶無法改變的模式。,9.4.1虛擬儀器概述,虛擬儀器不強(qiáng)調(diào)每一個儀器模塊就是一臺儀器，而是強(qiáng)調(diào)選配一個或幾個帶共性的基本儀器硬件模塊來組成一個通用的硬件平臺，再通過調(diào)用不同的軟件來擴(kuò)展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。,考察任何一臺傳統(tǒng)的智能儀器，都可以將其分解成以下三個部分：(1)數(shù)據(jù)的采集：將輸入的模擬信號調(diào)理，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。(2)數(shù)據(jù)分析與處理：由微處理器按功能要求對采集的數(shù)據(jù)做出分析和處理。(3)存儲、顯示或輸出：將處理后數(shù)據(jù)存儲、顯示或經(jīng)D/A轉(zhuǎn)成模擬信號輸出。傳統(tǒng)智能儀器是由廠家將實現(xiàn)上述三種功能的部件按固定的方式組建在一起，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，通過編制不同的測試軟件而能構(gòu)成幾乎任何一種儀器功能，而不是某種儀器功能。,、虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu),虛擬儀器的硬件平臺包括通用計算機(jī)和模塊化硬件設(shè)備兩部分。通用計算機(jī)可以是便攜式PC機(jī)、臺式PC機(jī)或工作站等。構(gòu)建虛擬儀器最常用的模塊化硬件設(shè)備是數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡，一塊DAQ卡可以完成A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入/輸出、計數(shù)器/定時器等多種功能，再配以相應(yīng)的信號調(diào)理電路組件，即可構(gòu)成能生成各種虛擬儀器的硬件平臺。,、虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu),目前由于受器件和工藝水平等方面的限制，這種硬件平臺形式還只能生成一些速度或精度不太高的儀器?，F(xiàn)階段虛擬儀器硬件系統(tǒng)還廣泛使用原有的能與計算機(jī)通信的各類儀器，例如GPIB儀器、VXI總線儀器、PC總線儀器以及帶有RS232接口的儀器或儀器卡。,使用VC、VB、Delphi等高級語言會感到與高速測試及縮短開發(fā)周期的要求極不適應(yīng)。因此，世界各大公司都在改進(jìn)編程及人機(jī)交互方面做了大量的工作，其中基于圖形的用戶接口和開發(fā)環(huán)境是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LabVIEW和LabWindows，HP公司的HPVEE和HPTIG，Tektronix公司的EzTest和TekTNS等。,、虛擬儀器的軟件系統(tǒng),LabVIEW和LabWindows的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)人圖。其中儀器驅(qū)動程序主要是完成儀器硬件接口功能的控制程序，NI公司提供了各制造廠家數(shù)百種GPIB、DAQ、和VXI等儀器的驅(qū)動程序。用戶就不必精通這些儀器的硬件接口，只要把儀器的用戶接口代碼與數(shù)據(jù)處理和分析軟件組合在一起，就可以迅速構(gòu)建一臺新的虛擬儀器,第一階段：儀器驅(qū)動程序與儀器控制程序混合在一起，沒有明顯的界限，儀器生產(chǎn)廠家僅提供一些與儀器硬件相關(guān)的儀器驅(qū)動代碼，其儀器的驅(qū)動程序由用戶或開發(fā)人員自行編寫，因而開發(fā)周期長，可重用性低。第二階段：驅(qū)動程序以模塊化、與設(shè)備無關(guān)化的方式向用戶開放，儀器驅(qū)動程序與儀器硬件一起由廠家提供，使用者只需安裝驅(qū)動程序軟件即可將儀器驅(qū)動程序模塊鏈接入自己的軟件系統(tǒng)，使用十分方便，由于不同廠家儀器硬件存在差異，所以每個型號的儀器必須有自己專用的驅(qū)動程序。第三階段：為了能在更換儀器硬件時最大限度盡量少地更換驅(qū)動程序，1997年NI公司又提出了可互換虛擬儀器(IVI：InterchangeableVirtualInstruments)的概念，IVI將各種儀器按功能分為五大類，對同一類型設(shè)備的功能進(jìn)行抽象，然后按類來編寫儀器的驅(qū)動程序，應(yīng)用該技術(shù)可以進(jìn)一步降低軟件的維護(hù)、支持費(fèi)用，使儀器的程控更加簡單。,、虛擬儀器的軟件系統(tǒng),儀器驅(qū)動程序是真正對儀器硬件執(zhí)行通信與控制的軟件層，就其發(fā)展來看，大致可分為三個階段。,LabVIEW是一種圖形程序設(shè)計語言，它采用了工程人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)等圖形化符號來代替常規(guī)基于文字的程序語言，把復(fù)雜煩瑣、費(fèi)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。這一特點(diǎn)也為那些不熟悉C、C+等計算機(jī)語言的開發(fā)者帶來了很大的方便。LabVIEW還提供了調(diào)用庫函數(shù)及代碼接口結(jié)點(diǎn)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LabVIEW編程環(huán)境具有一定的開放性。,9.4.2LabVIEW虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)介紹,LabVIEW的基本程序單位是VI(VirtualInstrument)。LabVIEW通過圖形編程的方法完成測試任務(wù)。對于簡單的任務(wù)，可由一個VI完成。對于復(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功能子虛擬儀器的集合。LabVIEW可以讓用戶把自己創(chuàng)建的VI程序當(dāng)做一個VI子程序結(jié)點(diǎn)，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，且這種調(diào)用是無限制的。,前面板是用戶進(jìn)行測試工作時的輸入/輸出界面，諸如儀器面板等。用戶通過Control模板，可以選擇多種輸入控制部件(或組件)和指示器部件(或組件)來構(gòu)成前面板，其中控制部件是用來接收用戶的輸入數(shù)據(jù)到程序。指示器部件是用于顯示程序產(chǎn)生的各種類型的輸出。,LabVIEW中的每一個VI均有兩個工作界面：一個稱之為前面板(FrontPanel)，另一個稱之為框圖程序(BlockDiagram)。,Control控制模板包括9個子模板，右圖表示從圖形（Graph）子模板中選取了波形圖表（WaveformChart）這個指示器部件。當(dāng)構(gòu)建一個虛擬儀器前面板時，只需從Control模板中選取所需的控制部件和指示部件，就能使用前面板，通過單擊一個開關(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。,Functions模板共有13個子模板，每個模板又含多個選項。Functions不僅包含一般語言的基本要素，還包括了大量與文件輸入/輸出、數(shù)據(jù)采集、GP-IB等專用程序塊。右圖表示從數(shù)據(jù)采集(DataAcquisition)子模塊下的模擬輸入AnalogInput子模塊中，選取了AISampleChannel虛擬儀器功能方框，該功能方框的功能是測量指定通道上信號的一個采樣點(diǎn)，并返回測量值。,框圖程序是用戶用圖形編程語言編寫程序的界面，用戶可以根據(jù)執(zhí)定的測試方案通過Functions模板的選項，選擇不同的圖形化結(jié)點(diǎn)(Node)，然后用連線的方法把這些結(jié)點(diǎn)連接起來，即可構(gòu)成所需要的框圖程序。,框圖程序共有功能函數(shù)、子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口結(jié)點(diǎn)4種結(jié)點(diǎn)類型：功能函數(shù)結(jié)點(diǎn)用于進(jìn)行一些基本操作；子程序結(jié)點(diǎn)是以前創(chuàng)建的程序(供調(diào)用)；結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)用于控制程序的執(zhí)行方式，如For循環(huán)，While循環(huán)控制等；代碼接口結(jié)點(diǎn)是為框圖程序與用戶提供的C語言文本程序的接口。,9.4.3虛擬儀器設(shè)計舉例,本節(jié)擬通過虛擬電子實驗室系統(tǒng)的設(shè)計說明虛擬儀器的設(shè)計方法,儀器功能：示波器動態(tài)信號分析儀任意波形發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器數(shù)字萬用表數(shù)字記錄儀等精度頻率計,軟件平臺：LabView,硬件平臺：NI-6024EDAQ板自研信號調(diào)理器,設(shè)計目標(biāo)：把電子實驗室的主要儀器功能”裝進(jìn)”計算機(jī)內(nèi)部,基于LabView虛擬電子實驗室系統(tǒng)的設(shè)計,計算機(jī),信號調(diào)理器,NI-6024E,自制,通用計算機(jī)(LabVIEW),“虛擬電子實驗室系統(tǒng)”的整體結(jié)構(gòu),DAQ板采用NI公司生產(chǎn)的PCI6024EDAQ多功能數(shù)據(jù)采集板，它具有16個模擬輸入的程控放大器；一個12bitA/D轉(zhuǎn)換器；兩個12bit的D/A轉(zhuǎn)換器；兩個24bit的定時器/計數(shù)器以及8個TTL電平的數(shù)字I/O端口等資源。它采用了先進(jìn)的即插即用，不需要任何開關(guān)與跨接器，僅通過安裝驅(qū)動程序即可實現(xiàn)設(shè)備的完全配置。驅(qū)動程序可以從NI網(wǎng)站上下載。,上述7種虛擬儀器依據(jù)組成特點(diǎn)可分為基于模擬輸入功能、基于模擬輸出功能和基于定時/計數(shù)功能三種類型。,(1)基于模擬輸入功能的虛擬儀器雙蹤數(shù)字示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)據(jù)記錄儀、頻譜分析儀屬于基于模擬輸入功能的虛擬儀器。這4種儀器在數(shù)據(jù)處理內(nèi)容和結(jié)果顯示的形式上有很大差異，但是數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)方法相似，都是基于DAQ板中的A/D轉(zhuǎn)換器配合信號調(diào)理電路板中的輸入電路（模擬開關(guān)、衰減器、放大器等）來實現(xiàn)的。,(2)基于模擬輸出功能的虛擬儀器任意波形發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器這兩種儀器都是先通過DAQ板中的D/A轉(zhuǎn)換器將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓波形，然后再通過信號調(diào)理電路板中的輸出電路將信號送出，因而這兩種儀器歸為基于模擬輸出功能的虛擬儀器。,(3)基于定時/計數(shù)器功能的虛擬儀器DAQ板中有兩個24bit的定時器/計數(shù)器，因而不僅可以滿足一般頻率測試的要求，在信號調(diào)理電路板中配置少量外圍電路后，還能實現(xiàn)具有雙計數(shù)器、高性能的等精度頻率測量功能。由于LabVIEW已經(jīng)提供了技術(shù)成熟的接口函數(shù)，因此設(shè)計時不需要考慮系統(tǒng)軟件與外界硬件的接口。