第6章測試信號的記錄

重點：記錄儀的類型、筆式記錄儀和光線示波器的基本結構和工作原理、計算機記錄的數據輸入和輸出方式及接口技術、虛擬儀器的基本概念。難點：光線示波器的振動子選擇?！艾F代測試技術”

電子教案

■

6.1常用的記錄儀6.2計算機記錄儀第6章測試信號的記錄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、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、磁盤機、高速攝影儀

¤按信號特征：模擬、數字式■3記錄儀的組成記錄頭記錄介質：紙、感光紙帶、磁帶6.1.2筆式記錄儀檢流計式筆式記錄儀允許最大信號頻率≤125HZ6.1常用的記錄儀器■電位計式筆式記錄儀允許最大信號頻率≤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構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被記錄信號時標直線：脈沖氙燈產生一定頻率的閃光1S、0.1S、0.01S分格線：高壓汞燈產生、形成數值處理■6.1常用的記錄儀器振動子的結構原理2振動子系統的工作原理電磁轉矩：MI=BnblI(t)cosθ扭轉力矩：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子系統的特性：◆靜態(tài)特性

Sθ：表示單位電流下偏轉角的大小。提高Sθ，主要方法是提高磁感應強度B。2振動子系統的工作原理■6.1常用的記錄儀器光點偏移量與電流的關系2振動子系統的工作原理■6.1常用的記錄儀器★振動子系統的動態(tài)特性：

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

振動子的選用原則：﹡根據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振動子系統的工作原理■6.2計算機記錄儀器6.2.1信號輸入和數據輸出通道基本結構1.模擬信號多通道輸入系統：⑴多通道共享采樣/保持器和A/D轉換器該結構適用于信號變化速度不高，對采樣信號不要求同步。■1.模擬信號多通道輸入系統：⑵多通道同步型數據采集系統該結構可用于多通道信號的相關分析，相位關系?！?.2計算機記錄儀器1.模擬信號多通道輸入系統：

⑶多通道并行數據采集系統

該結構適用于高速環(huán)境下數據采集，成本高，有利于分析相關性?！?.2計算機記錄儀器1.模擬信號多通道輸入系統：⑷主計算機管理的各通道獨立變換和預處理的數據采集系統預處理S/HA/D單片機緩沖器預處理S/HA/D單片機緩沖器…PC機該結構適用于智能化傳感技術和原距離傳輸。■6.2計算機記錄儀器6.2計算機記錄儀器6.2.1信號輸入和數據輸出通道基本結構

2.數據輸出通道基本結構：

⑴多路模擬量輸出通道①每路通道使用獨立的DAC：CPU接口DACDACDAC該輸出模式可以單獨刷新，工作速度快，編程比較簡單。■■6.2計算機記錄儀器6.2.1信號輸入和數據輸出通道基本結構

2.數據輸出通道基本結構：

⑴多路模擬量輸出通道②多路通道共享一個DAC：CPU接口及通道選擇S/HS/HS/H模擬開關DAC每個通道都要有足夠的采樣時間，工作速度慢，編程比較復雜，模擬開關和保持器都要引入一定的誤差，其精度不高。■6.2計算機記錄儀器6.2.1信號輸入和數據輸出通道基本結構

2.數據輸出通道基本結構：

⑵開關量輸出通道該通道具有抗干擾和輸出的驅動能力。CPU鎖存器驅動隔離地址譯碼………DBABWR■6.2計算機記錄儀器6.2.2計算機記錄中的接口技術

1.接口總線：指兩個互相連接的系統之間的共同邊界。接口：各個單元與總線相連的硬件部分，是與總線技術規(guī)范的適配接口電路。總線：連接系統各單元實現數據傳遞和信息聯絡的通信線路。⑴分類與特點①按系統結構的層次分1）芯片總線：芯片之間連接、也稱元件級總線。2）內總線：連接各種插件板，組成完整的微機化儀器或系統，也稱板級總線。如STD總線、多總線、IBMPC總線等。■6.2計算機記錄儀器⑴分類與特點

①按系統結構的層次分3）外總線：實現儀器或系統之間的通信，以組成一個較大的系統，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。實現遠距離傳送數據。2）并行總線：GPIB、Centronic。用于智能化儀器內部、近距離傳送數據。

■6.2計算機記錄儀器2.接口總線的應答通信方式

請求線：送出“數據準備好”信號。輸入響應：表示數據已經讀取。儀器接口接口微機數據讀輸入輸入響應請求線回答線■6.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式

輸入與輸出接口在微機與被控設備之間進行信息傳遞，對它的控制方式常有兩種：1.程序控制方式：利用微機的I/O指令來控制設備的一種方式。1）無條件方式也稱直接方式，當輸入的數據一直有效或輸出設備一直準備就緒時，可采用該方式。輸接輸入出口口口發(fā)光二極管……開關輸入■6.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式1.程序控制方式：

2）有握手信號（查詢）的傳送方式數據的輸入輸出是在程序控制下進行的。CPU首先要讀設備的狀態(tài)，檢查設備是否準備就緒；如果設備沒有準備好，程序就不斷循環(huán)，反復詢問，直到設備準備就緒才能退出循環(huán)，進行數據的輸入或輸出。在循環(huán)等待時，CPU不能處理其他任何事務，計算機的工作效率較低。但由于實現起來比較簡單，在一些只需簡單I/O設備時的小型系統中經常采用。準備就緒否？傳送數據返回YN■6.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式1.程序控制方式：

3）中斷方式當外設就緒時，向CPU發(fā)出中斷請求，然后CPU響應中斷請求，把正在執(zhí)行的程序暫時“中斷”，而轉到中斷處理程序，完成數據傳送的任務，再返回被中斷的程序，繼續(xù)執(zhí)行?！?.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式

2.數據通道（DMA）方式：

程序控制I/O方式，對于某些要求快速進行數據傳送的設備如磁帶機、CRT終端等，是不能滿足傳送速度要求的，因此采用數據通道方式時，即存儲器直接存取（DMA）。

所謂“直接存取”，就是采用數據通道方式，不通過CPU，而在外部設備和存儲器之間直接傳送數據。DMA控制器與CPU自動保持聯系，利用挪用的周期對存儲器進行存儲。節(jié)省了CPU的時間，加快了傳送數據的速度?！?.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式

2.數據通道（DMA）方式：

DMA的工作過程可分為2個步驟：1）DMA控制器的初始化：①設定數據傳送方向；即要指定其狀態(tài)寄存器中相應控制位的值。②設定地址寄存器的初值。即指定首地址，字記數寄存器的初值。2）DMA數據交換：①I/O設備或接口通過DMA控制器在DMAC在DMA請求線上向CPU發(fā)出DMA請求?！?.2計算機記錄儀器6.2.3數據的輸入輸出控制方式

2.數據通道（DMA）方式：

DMA的工作過程可分為2個步驟：2）DMA數據交換：②DMA控制器把“DMA確認信號”轉送給I/O設備和存儲器，發(fā)出可交換數據的通知，然后在地址總線上發(fā)出一個事先設置的初始地址。③數據沿數據總線直接在I/O設備或接口與存儲器之間傳送，每傳送一個字，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，數據傳送完畢?！?.2計算機記錄儀器6.2.4虛擬儀器電子測量儀器發(fā)展至今，大體分為四代：模擬儀器、數字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。1.定義：

VI（VirtualInstrument）NI公司1986年提出。是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數據分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統；是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統。2.VI的硬件和軟件系統1）硬件系統分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。虛擬儀器結構圖■6.2計算機記錄儀器6.2.4虛擬儀器2.VI的硬件和軟件系統1）硬件系統計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機。如普通計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。測控功能硬件可分為GPIB、VXI、PXI、PC插卡式、USB外設等體系結構。2）軟件系統VI的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫、儀器驅動程序、應用軟件。VISA（VirtualInstrumentationArchitecture）虛擬儀器軟件體系結構，實質就是標準的I/O函數庫及其相關規(guī)范的總稱。虛擬儀器體系結構■6.2計算機記錄儀器6.2.4虛擬儀器2）軟件系統VISA（VirtualInstrumentationArchitecture）虛擬儀器軟件體系結構，它駐留于計算機系統之中，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，以實現對儀器的程控。它對于儀器驅動程序開發(fā)者來說是一個可調用的操作函數集。儀器驅動程序是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序集。它是應用程序實現儀器控制的橋梁。每個儀器模塊都有自己的儀器驅動程序，儀器廠商以源碼的形式提供給用戶。■6.2計算機記錄儀器6.2.4虛擬儀器2）軟件系統應用軟件建立在儀器驅動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友好的測控操作界面/豐富的數據分析與處理功能，來完成自動測試任務。還包括通用數字處理軟件。對于虛擬儀器應用軟件的編寫，