1、第7章 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng),7.1 概述 7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù) 7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW 7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN) 思考題,第7章 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，及其在測(cè)試技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，測(cè)試系統(tǒng)本身也發(fā)生著巨大的變化。傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、處理、顯示與記錄設(shè)備等組成部分逐步地被具有信號(hào)調(diào)理與處理功能的打一展電路板或計(jì)算機(jī)所取代，由此產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件、軟件結(jié)合的綜合技術(shù)，是當(dāng)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)的綜合應(yīng)用。它不但具有測(cè)量功能，還是非常靈活的存儲(chǔ)、復(fù)雜的計(jì)算和邏輯判斷、先進(jìn)控

2、制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、路數(shù)多、速度快、信息量大、儲(chǔ)存方便、結(jié)果顯示和打印形式多樣化等特點(diǎn)。由計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的智能儀表和虛擬儀器等現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，目前已成為測(cè)試技術(shù)發(fā)展的方向。,返回,7. 1 概述,計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)、處理以得到所需要的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。,下一頁(yè),返回

3、,7. 1 概述,7.1.1 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的功能 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主要功能如下: 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量:對(duì)于通用測(cè)量，預(yù)先把操作程序存入非易失性存儲(chǔ)器中，操作人員只要按鍵盤(pán)上所規(guī)定的功能鍵，數(shù)據(jù)采集器就能按預(yù)先編制的程序自動(dòng)測(cè)量;對(duì)于特定的測(cè)量，操作人員可以臨時(shí)編制程序，存入機(jī)器內(nèi)部，按新的程序工作，縮短了試驗(yàn)周期，減輕了試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 具有多項(xiàng)選擇功能:能按要求選擇測(cè)量項(xiàng)日、信號(hào)通道、測(cè)量范圍、增益和頻率范圍，并達(dá)到最佳工作狀態(tài)，可提高測(cè)量精度 可實(shí)現(xiàn)結(jié)果自動(dòng)判斷:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先給定的指示標(biāo)準(zhǔn)，判斷測(cè)試結(jié)果是否正確，并能自動(dòng)記錄顯示,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 1 概述,能夠?qū)崿F(xiàn)自

4、動(dòng)校正:可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零，按預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自校，消除溫度、噪聲及干擾等因素，把系統(tǒng)誤差存儲(chǔ)起來(lái)，便于從測(cè)試結(jié)果中去除。 具有數(shù)據(jù)處理功能:能把測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、模擬運(yùn)算、誤差修正、工程單位轉(zhuǎn)換等。 具有自動(dòng)控制功能:對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和分時(shí)控制。 可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警:能進(jìn)行自身的故障診斷報(bào)警，而且在測(cè)試過(guò)程中，如果有故障，同樣也能報(bào)警。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 1 概述,7.1. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及高速度、高精度A/D轉(zhuǎn)換器的問(wèn)世，不斷推動(dòng)測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步。利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助測(cè)量，使得數(shù)據(jù)采集、處理和控制融為一體。就當(dāng)代高性能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

5、來(lái)看，大都具有通道多、精度高、速度快、功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下: (1)測(cè)量自動(dòng)化 由于計(jì)算機(jī)有信號(hào)存儲(chǔ)、判斷和處理能力，所以計(jì)算機(jī)就可按照命令自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)通斷、量程自動(dòng)切換、系統(tǒng)自動(dòng)核準(zhǔn)、自動(dòng)診斷故障、數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)輸出等等，使測(cè)量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化.,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 1 概述,(2)測(cè)量精度高 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)可以通過(guò)軟件濾波消除系統(tǒng)外部和內(nèi)部引人的干擾;可以對(duì)傳感器及測(cè)試線路的非線性進(jìn)行校正;可以自動(dòng)校準(zhǔn)以消除零漂、溫漂、增益不穩(wěn)定等系統(tǒng)誤差，多次重復(fù)測(cè)量可削弱隨機(jī)誤差;另外，采用自動(dòng)顯示或打印結(jié)果，可消除人為的判讀誤差 (3)功能可以訂制 先進(jìn)的測(cè)試采集系

6、統(tǒng)都具有多種功能，可以根據(jù)用戶需要訂制，滿足各類用戶的需要典型的功能包括選擇功能、自診斷、自校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理、波形顯示和特定格式輸出等 (4)測(cè)量通道多，縮短測(cè)試周期 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)可以配備多路信號(hào)通道，有的多達(dá)上千路，多通道信號(hào)同時(shí)測(cè)量，而且計(jì)算機(jī)處理信號(hào)速度很快，大大提高了工作效率,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 1 概述,(5)降低了測(cè)量系統(tǒng)成本 由于軟件可以代替硬件，計(jì)算機(jī)可以完成各種運(yùn)算器、比較器、濾波器、線性化器、定時(shí)器的功能，節(jié)省大批硬件，從而降低系統(tǒng)的成本。 (6)系統(tǒng)的可靠性高 計(jì)算機(jī)作為過(guò)程控制的核心，從開(kāi)始測(cè)量到將測(cè)量結(jié)果輸出到外圍設(shè)備，中間基本不需人工參與，大大減少了人為誤差

7、，提高了系統(tǒng)的可靠性。 (7)技術(shù)更新快 作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制中心的計(jì)算機(jī)，可以允分利用當(dāng)代計(jì)算機(jī)的最新軟件及硬件技術(shù)成果。,上一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),盡管計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)有不同類型，但就其共性來(lái)說(shuō)，一般包括硬件及軟件兩大部分。軟件部分除了具有必要的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)軟件外，還應(yīng)主要包括信號(hào)的采集、處理與分析等功能模塊軟件。硬件部分主要有: 信號(hào)調(diào)理:多路轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器和抗混疊(淆)濾波器; 采樣/保持:采樣/保持器(S/H); 模/數(shù)轉(zhuǎn)換:A/D轉(zhuǎn)換器和V/F變換器; 其他:定時(shí)/計(jì)數(shù)器和總線接口電路等。 除了上述構(gòu)成微處理器或PC機(jī)(uP/PC)的前向通道的各單元

8、外，有時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)還設(shè)置有數(shù)據(jù)輸出的后向通道，其主要器件是數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A )，它的功能是將uP/PC輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),由D/A與uP/PC相結(jié)合，也可以構(gòu)成多種與測(cè)量有關(guān)的儀器，如程控電壓源和電流源、正弦波發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、調(diào)節(jié)閥控制器等等。這種測(cè)試系統(tǒng)中含有A/D , D/A數(shù)據(jù)采集卡，可直接插入IBM一PC AT總線兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)任一總線擴(kuò)展槽中，構(gòu)成各種智能化、虛擬/集成化測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成如圖7一1所示。 計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和處理數(shù)字量，而幾乎所有工程信號(hào)都是以連續(xù)可變的模擬量形式出現(xiàn)的，因此

9、要測(cè)量和處理這些物理量，必須要把模擬量變換成數(shù)字量。這就涉及信號(hào)的采樣與量化的基本原理，即經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。另一方血，由計(jì)算機(jī)輸出的處理結(jié)果，需要通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，才能適合實(shí)際的需要。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),在計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，往往需要同時(shí)采集多個(gè)傳感器的參數(shù)，這種多線巡回采集系統(tǒng)，從降低成本的角度出發(fā)，一般僅采用一個(gè)A/ D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，由計(jì)算機(jī)對(duì)各參數(shù)分時(shí)進(jìn)行采樣。為此，需要有一個(gè)多路開(kāi)關(guān)，輪流把各傳感器輸出的模擬信號(hào)切換到A/D車令換器，這種完成從多路到一路的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，稱為多路模擬開(kāi)關(guān)。 但是，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定時(shí)間，因而要求采樣

10、值在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中要能夠保持不變，以確保轉(zhuǎn)換精度。有效的措施是在A/ D轉(zhuǎn)換器前級(jí)設(shè)置采樣/保持電路(簡(jiǎn)稱S/H。另一方面，在控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須進(jìn)行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，即數(shù)/模轉(zhuǎn)(D/A轉(zhuǎn)換)，模擬量輸出系統(tǒng)也是分時(shí)工作的，對(duì)于每一個(gè)輸出信號(hào)，也需要保持輸出值在一定時(shí)間內(nèi)不變。能夠完成這一工作的電路，稱之為采樣保持電路 本節(jié)先介紹多路模擬開(kāi)關(guān)以及采樣/保持(S/H)電路，再分別講述D/ A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換的基本工作原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),7.2.1 多路模擬開(kāi)關(guān)與采樣/保持(S/H)電路 1.多路模擬開(kāi)關(guān) 在計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，往往需要同時(shí)采集多個(gè)傳

11、感器的模擬測(cè)量信號(hào)。如果對(duì)一個(gè)傳感器專用一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，顯然將使系統(tǒng)成本大大增加。通常的辦法是使幾個(gè)傳感器多路共用一個(gè)公共的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即幾個(gè)傳感器采用分時(shí)方式使用同一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器?？梢?jiàn)，多路模擬開(kāi)關(guān)就是可控多路“通/斷”的電子開(kāi)關(guān)，即完成由多到一的轉(zhuǎn)換，或者把計(jì)算機(jī)的輸出按一定順序輸出到不同的控制回路(或外設(shè))，從而完成由一到多的轉(zhuǎn)換，此時(shí)稱為反多路開(kāi)關(guān)。這兩種多路開(kāi)關(guān)有的只能實(shí)現(xiàn)一種用途，稱為單向多路開(kāi)關(guān)，如AD7501 ( 8路)、AD7506(16路);有的則既能作為多路開(kāi)關(guān)，又能作為反多路開(kāi)關(guān)，稱為雙向多路開(kāi)關(guān)，如,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),CD4

12、015。從輸入信號(hào)的連接方式來(lái)分有的是單端輸入，有的是雙端(或差動(dòng))輸人，如C D4051就是雙端8通路式的多路開(kāi)關(guān)。可見(jiàn)，多路模擬開(kāi)關(guān)就是用來(lái)控制模擬信號(hào)“通/斷”的電子開(kāi)關(guān)，每次使其中一個(gè)模擬通道與后血的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接通。 對(duì)于多路模擬開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)是導(dǎo)通電阻、導(dǎo)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)的泄漏電阻和關(guān)斷時(shí)間。在交流應(yīng)用時(shí)還有帶寬和寄生電容等，此外還要求各輸人通道之間有良好的隔離，以免互相干擾. 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種新型多路開(kāi)關(guān)(統(tǒng)稱為集成模塊電路模擬開(kāi)關(guān))不斷出現(xiàn)，其共同的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器、使用方便、轉(zhuǎn)換速度快、壽命長(zhǎng)等，得到了十分廣泛的應(yīng)用。,上一頁(yè),下一頁(yè),返

13、回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),2.采樣/保持(S/ H)電路 A/D轉(zhuǎn)換期間，應(yīng)保持A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)值不變，以免A/ D轉(zhuǎn)換的輸出發(fā)生差錯(cuò)。這種保持A/ D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換期間輸入信號(hào)不變的電路，稱為采樣保持電路。在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，采樣/保持器對(duì)保證A/ D轉(zhuǎn)換的精確度有著重要的作用。 實(shí)際上，采樣/保持電路就是一個(gè)“電壓存儲(chǔ)器”，圖7 -2所示為采樣/保持電路的原理圖。圖中A1和A2分別為理想的輸入和輸出緩沖放大器控制信號(hào)在采樣時(shí)使邏輯控制開(kāi)關(guān)S閉合，放大器A1，的輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)給電容器CH快速允電，達(dá)到輸入電壓Vx的幅值，同時(shí)充電電壓Vc對(duì)Vx進(jìn)行跟蹤。 控制信號(hào)在保持階段時(shí)使邏

14、輯控制開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，此時(shí)由于運(yùn)算放大器A2的輸人阻抗極高，在理想狀態(tài)(無(wú)電荷泄漏,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),路徑)下，電容器CH上的電壓仁可以維持不變，并通過(guò)A2送至A/ D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以保證A/ D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換期間其輸人電壓是穩(wěn)定不變的。在進(jìn)人下一次轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)，采樣保持電路又按邏輯控制命令重復(fù)上述步驟。 采樣/保持電路能以一定時(shí)間間隔快速獲取連續(xù)信號(hào)Vx( t)的瞬時(shí)值。該瞬時(shí)值是保持控制指令下達(dá)時(shí)刻的電壓Vc對(duì)Vx( t)的最終跟蹤值。該瞬時(shí)值保存在記憶元件電容器CH上，供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化. 采樣定理指出，當(dāng)采樣頻率大于兩倍的信號(hào)最高次諧波頻

15、率時(shí)，就可用時(shí)間離散的采樣點(diǎn)恢復(fù)原來(lái)的連續(xù)信號(hào)。所以采樣/保持器是以“快采慢測(cè)”的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)快變信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的有效手段。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),在采樣期間，采樣/保持電路中邏輯控制開(kāi)關(guān)S的動(dòng)作滯后，從保持命令下達(dá)時(shí)刻t1到邏輯控制開(kāi)關(guān)S完全斷開(kāi)時(shí)刻t2之間的一段時(shí)間稱為孔徑時(shí)間，一般為10200 ns。它是采樣/保持電路的最重要的技術(shù)參數(shù)，必須遠(yuǎn)小于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間(最高采樣頻率的倒數(shù))。將保持命令提前孔徑時(shí)間下達(dá)，可以消除孔徑時(shí)間的延時(shí)影響。此外，采樣/保持電路的技術(shù)參數(shù)還包括捕捉時(shí)間、孔徑抖動(dòng)、保持建立時(shí)間、衰減率和傳導(dǎo)誤差等。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7

16、. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),7. 2. 2 數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù) 1.數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件或裝置稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它位于數(shù)據(jù)采集板計(jì)算機(jī)的輸出通道，是計(jì)算機(jī)輸出通道的主要環(huán)節(jié)，按工作方式可分為兩種類型:并行D/A轉(zhuǎn)換器與串行D/A轉(zhuǎn)換器。其中并行D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度極高。 D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量D(數(shù)字代碼)、輸出模擬電壓V和參考電壓V、的關(guān)系式為,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),若D為二進(jìn)制數(shù)字量，即 式中 a1最高有效位(MSB); an最低有效位(LSB); n D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的位數(shù);,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系

17、統(tǒng)的組成技術(shù),-D/A車令換器的量化單位 D/A車令換器的輸出量是采樣時(shí)刻的瞬時(shí)值，是時(shí)域離散信號(hào)。若要恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)波形，還需要經(jīng)過(guò)波形復(fù)原過(guò)程，一般采用保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。保持電路在D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)備中相當(dāng)于一個(gè)模擬存儲(chǔ)器。其作用是在采樣間隔的起始時(shí)刻，接收一個(gè)脈沖幅值，并保持到下一個(gè)采樣間隔的開(kāi)始。 對(duì)D/ A轉(zhuǎn)換器而言，當(dāng)采樣頻率足夠高、量化誤差足夠小時(shí)，可以精確地恢復(fù)原波形。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),2. D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) (1)分辨率 這是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度的描述，通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，如8位、10位等 (2)

18、穩(wěn)定時(shí)間 這是指D/ A轉(zhuǎn)換器加上滿刻度的變化(如全“0”變?yōu)槿?”)時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定(一般穩(wěn)定至日與1/2LSB(最低有效位，值相當(dāng)?shù)哪M量范圍內(nèi))所需時(shí)間，一般為幾十毫微秒到幾微秒. (3)輸出電平 不同型號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電平相差較大。一般電壓型的D/ A轉(zhuǎn)換器輸出電壓為05 V或010V；電流型的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電流為幾毫安至幾安。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),(4)絕對(duì)精度 絕對(duì)精度是對(duì)應(yīng)于給定的滿刻度數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出與理論值之間的誤差。該誤差是由于D/A車令換器的增益誤差零點(diǎn)誤差和噪音引起的，一般應(yīng)低于2-(n+1)或1/2LSB

19、. (5) 相對(duì)精度 相對(duì)精度是在滿刻度已校準(zhǔn)的情況下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于任一數(shù)碼的模擬量輸出與理論值之差。對(duì)于線性的D/A轉(zhuǎn)換器，相對(duì)精度就是非線性度。有兩種方法表示相對(duì)精度:一種是將偏差用數(shù)字量的最低位的位數(shù)LSB表示;另一種是用該偏差相對(duì)滿刻度的百分比表示.,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),(6)線性誤差 相鄰兩個(gè)數(shù)字輸入量之間的差應(yīng)是1 LSB ,即理想的轉(zhuǎn)換特性應(yīng)是線性的。在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想的轉(zhuǎn)換特性的最大值稱線性誤差。 (7)溫度系數(shù) 溫度系數(shù)指在規(guī)定的范圍內(nèi)，相應(yīng)于每變化1，增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量。溫度系數(shù)直接影響轉(zhuǎn)換精度。,上

20、一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),7. 2. 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 實(shí)際工程測(cè)量信號(hào)大多數(shù)是模擬信號(hào)，必須將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能為微處理器或計(jì)算機(jī)接受。因此A/ D轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確度、分辨率和轉(zhuǎn)換速度。 1. A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)特性 (1)分辨率 分辨率反映A/ D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字輸出量最低位(LSB所對(duì)應(yīng)的模擬輸出的電平值表示。A/ D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上以輸出二進(jìn)制數(shù)或BCD碼的位數(shù)表示例如，8位A/ D轉(zhuǎn)換器能對(duì)模入滿量程的1/28=1/256的增量作反應(yīng).n位A/ D轉(zhuǎn)換器能反應(yīng)1/2n滿程量的模入

21、電平。由于分辨率直接與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),所以一般也可簡(jiǎn)單地用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示分辨率，即n位二進(jìn)制，最低位所具有的權(quán)值，就是它的分辨率。例如，12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574的分辨率為12位。 (2)誤差 誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。 絕對(duì)誤差。 在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸人電壓和理想的模擬輸人電壓之差并非是一個(gè)常數(shù)，把他們之間的差的最大值，定義為絕對(duì)誤差。通常以數(shù)字量的最小有效位(LSB)，的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示絕又寸誤差，例如LSB ,1/2LSB,1/4LSB等絕又寸誤差包括量化誤差和其他所有誤差。,上一頁(yè),下一

22、頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),相對(duì)誤差。 相對(duì)誤差是整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬輸人量的實(shí)際值與理論值之差，用模擬電壓滿量程的百分比表示。 例如，滿量程為10 V , 10位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，若其絕對(duì)精度為 則其最小有效位的量化單位= 9. 77 mV，其絕對(duì)精度為 其相對(duì)精度為 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間，即由發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)開(kāi)始有效的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率例如AD570的轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us,其轉(zhuǎn)換速率為40 kHz.,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),(4)電源靈敏度 電源靈敏度是指

23、A/D轉(zhuǎn)換器的供電電源的電壓變化時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差，一般用電源電壓變化1%時(shí)相當(dāng)?shù)哪M量變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 (5)量程 量程是指所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分單極性、雙極性兩種類型。例如，單極性，量程為0+5 V, 0+10 V和0+20 V;雙極性，量程為-5+5 V，-10+10 V和-10+10 V (6)輸出邏輯電平 多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出邏輯電平與TTL電平兼容。在考慮數(shù)字量輸出與微處理器的數(shù)據(jù)總線接口時(shí)，應(yīng)注意是否要三態(tài)邏輯輸出，是否要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存等。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),(7)工作溫度范圍 由于溫度會(huì)對(duì)比較器、運(yùn)算放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)生影

24、響，故只在一定的溫度范圍內(nèi)才能保證額定精度指標(biāo)。一般A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍為070，軍用品的工作溫度范圍為-55+ 125。 2. A/D轉(zhuǎn)換器選擇原則 A/D轉(zhuǎn)換器選擇原則是根據(jù)其分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間和精度來(lái)選擇。一般位數(shù)越高、測(cè)量誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，但是成本也越高。日前常用的A/ D轉(zhuǎn)換器多為8位、10位和12位。16位的A/D轉(zhuǎn)換器雖也有應(yīng)用，但價(jià)格高，僅在特殊場(chǎng)合才用到. 在實(shí)際選用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，不必去深人了解內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)原理，而應(yīng)當(dāng)著重了解其使用特性(或外特性)，其中包括:模擬信號(hào)輸人部分;數(shù)字量并行輸出部分;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的外部控制信號(hào);轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換時(shí)間;穩(wěn)定性及抗干擾能力等等

25、。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),7. 2. 4 A/D通道方案的確定 在計(jì)算機(jī)測(cè)試中，經(jīng)常要采集多個(gè)模擬信號(hào)，而且采集要求不盡相同，例如有些模擬信號(hào)之間沒(méi)有什么嚴(yán)格關(guān)系，可以一個(gè)一個(gè)地分別采集;有些模擬信號(hào)之間有相位的要求，對(duì)這類模擬信號(hào)采集時(shí)要求同時(shí)進(jìn)行。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸人通道方案多種多樣，應(yīng)該根據(jù)被測(cè)對(duì)象的具體情況確定。 目前，常見(jiàn)的A/ D通道方案主要有兩種，即帶采樣/保持器的A/ D通道和不帶采樣/保持器的A/ D通道。由于不帶采樣/保持器的A/D通道只能測(cè)量直流或低頻信號(hào)，所以在汽車測(cè)試中應(yīng)用有限。這里主要介紹適于變化較快的信號(hào)或多路同步采樣測(cè)量的帶采

26、樣/保持器的A/D通道。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),1.多通道分時(shí)共享采樣/保持電路(S/H)與A/ D轉(zhuǎn)換器 圖7一3所示為多通道分時(shí)共享采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)采用分時(shí)轉(zhuǎn)換的工作方式，使用芯片數(shù)量少，多個(gè)被測(cè)量分別由各自的傳感器檢測(cè)并輸人各自的信號(hào)調(diào)理電路，形成多個(gè)通道。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在計(jì)算機(jī)控制下，分時(shí)輪流選通各個(gè)通道，將各通道信號(hào)送人共用的采樣/保持電路和A/ D轉(zhuǎn)換器，最后送人計(jì)算機(jī)。為了使得傳感器的輸出變成適合計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸人信號(hào)，并有效地抑制串模和共模以及高頻干擾，一般需要有信號(hào)放大電路和低通濾波器。由于各通道信號(hào)的幅值可能

27、有很大差異，常在系統(tǒng)中設(shè)置程控放大器。 這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但由于信號(hào)的采集是分時(shí)輪流切換進(jìn)朽的，不能獲得多個(gè)信號(hào)在同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，所以,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),測(cè)得的被測(cè)信號(hào)是斷續(xù)的。該結(jié)構(gòu)廣泛用于多路中速和低速測(cè)試系統(tǒng)中。 2.多通道共享A/ D轉(zhuǎn)換器 如圖7一4所示，它是在多通道分時(shí)共享采樣/保持電路和A/ D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)的。系統(tǒng)的每一通道在多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)之前都有一個(gè)采樣/保持器，而且由同一狀態(tài)指令控制，這樣，系統(tǒng)可同時(shí)采集多路模擬信號(hào)同一瞬時(shí)的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)分時(shí)輪流切換通過(guò)共用的采樣/保持電路和A/ D轉(zhuǎn)換器輸入

28、計(jì)算機(jī)。 這種系統(tǒng)可以用來(lái)研究多路信號(hào)之間的相位關(guān)系或信號(hào)間的函數(shù)圖形等，在高頻系統(tǒng)或瞬態(tài)過(guò)程測(cè)量系統(tǒng)中特別有用，廣泛用于振動(dòng)分析、機(jī)械故障診斷等數(shù)據(jù)采集。但當(dāng)測(cè)量通道數(shù)日較多時(shí)，會(huì)使采樣間隔時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致采樣/保持電路的信號(hào)由于電荷泄漏而衰減。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 2 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成技術(shù),3.多通道并行A/ D轉(zhuǎn)換 圖7 -5為多通道并行A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，是由多個(gè)單通道輸入電路并列而成。每一個(gè)通道中都有各自的采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。它們只對(duì)本通道的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣/保持和轉(zhuǎn)換，A/ D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量送至計(jì)算機(jī)。由于不用模擬多路開(kāi)關(guān)，故可避免模擬多路開(kāi)關(guān)所引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)

29、誤差，可以實(shí)現(xiàn)完全的同步采集。但這種結(jié)構(gòu)電路復(fù)雜、成本高，船括用干高諫和同步采集要求較高的測(cè)試系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)主要適用于高速數(shù)據(jù)采集，采集后各通道被測(cè)信號(hào)是完整的，有利于分析同一時(shí)刻多路被測(cè)信號(hào)的相關(guān)關(guān)系。 上述各種通道方案的選擇，應(yīng)根據(jù)被采集信號(hào)的數(shù)量、特性(類型、帶寬、動(dòng)態(tài)范圍等)、精度和轉(zhuǎn)換速率的要求、各路模擬信號(hào)之間相位差的要求和工作環(huán)境的要求等實(shí)際情況而定，使之既在系統(tǒng)性能上達(dá)到或超過(guò)預(yù)期的指標(biāo)，又造價(jià)低廉。,上一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,7. 3. 1 虛擬儀器概述 虛擬儀器是在電子儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)更深層次結(jié)合的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新的儀器模式。虛擬儀器是

30、指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層軟件和/或必要的儀器硬件模塊，使用戶操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就像操作一臺(tái)自己專門(mén)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)電子儀器一樣。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的概念。這個(gè)概念克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時(shí)就被限定而不能變動(dòng)的缺陷，擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件儀器再連成系統(tǒng)的模式，而變?yōu)橛捎脩舾鶕?jù)自己的需要通過(guò)編制不同的測(cè)試軟件來(lái)組合構(gòu)成各種虛擬儀器。其中許多功能直接由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，打破了儀器功能只能由廠家定義，用戶無(wú)法改變的模式。虛擬儀器還可以很快地跟上計(jì)算機(jī)的發(fā)展，升級(jí)重建自己的功能。,下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,虛擬儀器不強(qiáng)調(diào)每一個(gè)儀器功能模塊就是一臺(tái)

31、儀器，而是強(qiáng)調(diào)選配一個(gè)或幾個(gè)帶共性的基本儀器硬件來(lái)組成一個(gè)通用硬件平臺(tái)，通過(guò)調(diào)用不同的軟件來(lái)打一展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。 智能儀表都可以分成三個(gè)部分，即: 數(shù)據(jù)的采集:將輸入的模擬信號(hào)波形進(jìn)行調(diào)理，并經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以待處理。 數(shù)據(jù)的分析與處理:由微處理器按照功能要求對(duì)采集的數(shù)據(jù)作必要的分析和處理 存儲(chǔ)、顯示或輸出:將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示或經(jīng)D/ A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,虛擬儀器是將上述一種或多種功能的通用模塊組合起來(lái)，通過(guò)編制不同的測(cè)試軟件來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng)。例如激勵(lì)信號(hào)可先由微機(jī)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，再

32、經(jīng)D/A變換產(chǎn)生所需的各種模擬信號(hào)，這相當(dāng)于一臺(tái)任意波形發(fā)生器。大量的測(cè)試功能都可通過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)的采樣、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)處理，即可直接用數(shù)字顯示而形成數(shù)字電壓表，或用圖形顯示而形成示波器，或者再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析即可形成頻譜分析儀。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?yōu)橛捎?jì)算機(jī)、A/ D及D/A等帶共性硬件資源和應(yīng)用軟件共同組成的虛擬儀器系統(tǒng)新的概念。許多廠家日前已研制出了多種用于構(gòu)建虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集DAQ )卡。一塊DAQ卡可以完成A/ D,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LA

33、BVIEW,轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入輸出、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等。多種功能，再配以相應(yīng)的信號(hào)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(tái)。目前由于受器件和工藝水平等方血的限制，這種通用的硬件平臺(tái)還只能生成一些速度或精度不太高的儀器?，F(xiàn)階段的虛擬儀器硬件系統(tǒng)還廣泛使用原有的能與計(jì)算機(jī)通信的各類儀器，例如GP -IB儀器、V XI總線儀器、PC總線儀器以及帶有RS - 232接口的儀器或儀器卡。圖7 -6示出了現(xiàn)階段虛擬儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基本框圖。 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(qiáng)大的應(yīng)用軟件。然而相應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境長(zhǎng)期以來(lái)并不理想，用戶花在編制測(cè)試軟件上的工時(shí)與

34、費(fèi)用相當(dāng)高，即使使用C, C+等高級(jí)語(yǔ)言，也會(huì)感到與高速測(cè)試及縮短開(kāi)發(fā)周期的要求極不適應(yīng)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,因此，世界各大公司在改進(jìn)編程及人機(jī)交互方血都做了大量的工作。目前使用較多的是NI公司的LabVIEW和LabWindows 圖7 -7是NI公司開(kāi)發(fā)的圖形開(kāi)發(fā)軟件LabV IE W和LabWindow*的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。其中儀器驅(qū)動(dòng)程序主要是完成儀器硬件接口功能的控制程序。有了儀器驅(qū)動(dòng)程序，用戶就不必精通這些儀器的硬件接口，而只要把這些儀器的用戶接口代碼及數(shù)據(jù)處理與分析軟件組合在一起，就可以迅速而方便地構(gòu)建一臺(tái)新的虛擬儀器。,上一頁(yè),

35、下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,7.3.2 LabVIEW虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng) LabVIEW ( Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國(guó)NI公司研制的一個(gè)功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，LabVIEW已經(jīng)成為一個(gè)具有直觀界血、便于開(kāi)發(fā)、易于學(xué)習(xí)且具有多種儀器驅(qū)動(dòng)程序和工具的大型儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。 LabVIE W是一種圖形程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它采用了工程人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)等圖形化符號(hào)來(lái)代替常規(guī)基于文字的程序語(yǔ)言，把復(fù)雜繁瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)的圖形編程，同傳統(tǒng)的程序語(yǔ)

36、言相比，可以節(jié)省約80%的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間。LabVIE W還提供了調(diào)用庫(kù)函數(shù)及代碼接口節(jié)點(diǎn)等功能，方便了用戶直接調(diào)用由其他語(yǔ)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(kāi)放性,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,Lab VIE W的基本程序單位是VI ( Virtual Instrument,虛擬儀器)。LabVIEW可以通過(guò)圖形編程的方法，建立一系列的VI，來(lái)完成用戶指定的測(cè)試任務(wù)。對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)試任務(wù)，可由一個(gè)VI完成;對(duì)于一項(xiàng)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，則可按照模塊設(shè)計(jì)的概念，把測(cè)試任務(wù)分解為一系列的任務(wù)，每一項(xiàng)任務(wù)還可以分解成多項(xiàng)小任務(wù)，直至把一項(xiàng)復(fù)雜的測(cè)

37、試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)，最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個(gè)包括所有功能子虛擬儀器的集合。Lab VIEW可以讓用戶把自己創(chuàng)建的VI程序當(dāng)做一個(gè)VI子程序節(jié)點(diǎn)，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，且這種調(diào)用是無(wú)限制的。Lab VIE W中各VI之間的層次調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖7 -8所示。由圖可見(jiàn)，LahVIEW中的每一個(gè)VI相當(dāng)于常規(guī)程序中的一個(gè)程序模塊。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,LabVIEW中的每一個(gè)VI均有兩個(gè)工作界血:一個(gè)稱之為前血板(Front Panel );另一個(gè)稱之為框圖程序(Block Diagram ) 前血板是用戶進(jìn)行測(cè)試工作時(shí)的輸入輸0界血，諸如儀器血

38、板等。用戶通過(guò)Control模板，可以選擇多種輸入控制部件和指示器部件來(lái)構(gòu)成前血板，其中控制部件是用來(lái)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。Control控制模板包括9個(gè)子模板，圖7一9表示從圖形(Graph)子模板中選取了波形圖表(Waveform Chart )這個(gè)指示器部件。當(dāng)構(gòu)建一個(gè)虛擬儀器前血板時(shí)，只需從Control模板中選取所需的控制部件和指示部件(包括數(shù)字顯示、表頭、LE D、圖標(biāo)、溫度計(jì)等)，其中控制部件還可以輸入或修改數(shù)值。當(dāng)VI全部設(shè)計(jì)完成之后，就能使用前血板，通過(guò)點(diǎn)擊一個(gè),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIE

39、W,開(kāi)關(guān)、移動(dòng)一個(gè)滑動(dòng)旋鈕或從鍵盤(pán)輸入一個(gè)數(shù)據(jù)，來(lái)控制系統(tǒng)。前血板為用戶建立了直觀形象，使用戶感到如同在傳統(tǒng)儀器血前一樣。 框圖程序是用戶用圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)程序的界血。用戶可以根據(jù)制定的測(cè)試方案通過(guò)Functions模板的選項(xiàng)，選擇不同的圖形化節(jié)點(diǎn)(Node )，然后用連線的方法把這些節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，即可以構(gòu)成所需要的框圖程序。Functions模板共有13個(gè)子模板，每個(gè)子模板又含有多個(gè)選項(xiàng)。這里的Functions選項(xiàng)不僅包含一般語(yǔ)言的基本要素，還包括大量與文件輸入輸出、數(shù)據(jù)采集、GP-IB及串口控制有關(guān)的專用程序塊。圖7一10表示從數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition子模塊下的模擬輸入

40、Analogy Input子模塊中，選取了AI Sample Channel虛擬儀器功能框.該功能方框的功能是測(cè)量指定通道上信號(hào)的一個(gè)采樣點(diǎn)，并返回測(cè)量值。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,節(jié)點(diǎn)類似于文本語(yǔ)言程序的語(yǔ)句、函數(shù)或者子程序。LahVIE W共有4種節(jié)點(diǎn)類型:功能函數(shù)、子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口節(jié)點(diǎn)(CINS。功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)用于進(jìn)行一些基本操作，例如數(shù)值相加、字符串格式代碼等;子程序節(jié)點(diǎn)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)構(gòu)節(jié)點(diǎn)用于控制程序的執(zhí)行方式，如For循環(huán)控制、While循環(huán)控制等;代碼接口節(jié)點(diǎn)是為框圖程序與用戶提供的C語(yǔ)言文本

41、程序的接口。 使用傳統(tǒng)的程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)儀器存在許多困難。開(kāi)發(fā)者不但要關(guān)心程序流程方血的問(wèn)題，還必須考慮用戶界血、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)表達(dá)等復(fù)雜的問(wèn)題。在Lah VIEW中這些問(wèn)題都迎刃而解。一旦程序開(kāi)發(fā)完成，用戶就可以通過(guò)前血板控制并觀察測(cè)試過(guò)程。LahVIEW還給出了多種調(diào)試方法，從而將系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,為了便于開(kāi)發(fā)，Lab VIEW還提供了多種基本的VI庫(kù)。其中具有包含450種以上的40多個(gè)廠家控制的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，而且儀器驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)日還在不斷增長(zhǎng)。用戶可隨意調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)器圖像組成的方框圖，以選擇任何廠家的任一

42、儀器。LabVIE W還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算及分析模塊庫(kù)，包括了200多種諸如信號(hào)發(fā)生、信號(hào)處理、數(shù)組和矩陣運(yùn)算、線性估計(jì)、復(fù)數(shù)算法、數(shù)字濾波、曲線擬合等功能模塊，可以滿足用戶從統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制到數(shù)據(jù)信號(hào)處理等各項(xiàng)工作，從而最大限度地減少了軟件開(kāi)發(fā)工作量。 在虛擬儀器的血板中，當(dāng)把一個(gè)控制器或指示器放置在血板上時(shí)，LabVIEW也在虛擬儀器的框圖程序中放置了一個(gè)相對(duì)應(yīng)的端子。血板中的控制器模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給虛擬儀器的框圖,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 3 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LABVIEW,程序，而指示器則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 綜上所述，對(duì)于建立虛擬儀器來(lái)說(shuō)

43、，LabVIE W提供了一個(gè)理想的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，大大降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度及開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)這樣的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了系統(tǒng)的柔性。當(dāng)系統(tǒng)的需求發(fā)生變化時(shí)，測(cè)試人員可以根據(jù)具體情況，對(duì)功能方框作必要的補(bǔ)充、修改，或者對(duì)框圖程序的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而很快地適應(yīng)變化的需要。,上一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),7. 4. 1 CAN總線概述 1. CAN總線現(xiàn)狀 CAN ( Controller Area Network )即控制器局域網(wǎng)，最初由德國(guó)的Bosch公司為汽車內(nèi)部測(cè)量與通信設(shè)計(jì)，以其良好的性能和低廉的費(fèi)用迅速發(fā)展起來(lái)，如今被廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中。

44、1993年形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898，有CAN2. 0A和CAN2. 0B兩個(gè)版本。 CAN總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效地支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線自誕生以來(lái)，以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想，良好的功能特性和極高的可靠性越來(lái)越受到工業(yè)界青睞，目前,下一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),已在許多行業(yè)獲得應(yīng)用，如汽車、機(jī)器人、樓宇自控、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、自動(dòng)化儀表和傳感器等。 CAN總線采用串行通信協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。CAN的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路配線都可以使用CAN總線。在汽車電子行業(yè)，使用CAN連接發(fā)

45、動(dòng)機(jī)單元、傳感器、防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，其傳輸速度可達(dá)1 Mbps. 2. CAN總線的分層結(jié)構(gòu) CAN具有以下的屬性:報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，保證延遲時(shí)間，設(shè)置靈活，時(shí)間同步的多點(diǎn)接,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),收，系統(tǒng)寬數(shù)據(jù)的連貫性，多主機(jī)，錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定，只要總線一處于空閑，就自動(dòng)將破壞的報(bào)文重新傳輸，將節(jié)點(diǎn)的暫時(shí)性錯(cuò)誤和永久性錯(cuò)誤區(qū)分開(kāi)來(lái)并且可以自動(dòng)關(guān)閉錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)。CAN協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的透明性和靈活性。其結(jié)構(gòu)劃分及功能如圖7一11所示。CAN協(xié)議中結(jié)構(gòu)劃分完全遵從OSI參考模型，分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。其中數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制層(LLC)和介質(zhì)訪問(wèn)控

46、制子層(MAC ).邏輯鏈路控制子層(LLC)的作用范圍如下: 為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù): 確定LLC子層接收的報(bào)文中哪些報(bào)文實(shí)際上被驗(yàn)收; 為恢復(fù)管理和過(guò)載通知提供手段。 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤的標(biāo)定、故障的界定、判斷總線是否空閑、發(fā)送接收?qǐng)?bào)文的時(shí)間以及位定時(shí)等。物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),7. 4. 2 CAN總線協(xié)議 CAN技術(shù)規(guī)范包括CAN2. OA和CAN2. 0B兩個(gè)部分。其中，CAN2. 0B協(xié)議又稱為CAN擴(kuò)展標(biāo)

47、準(zhǔn)，其兼容標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)(標(biāo)志符為11位)和擴(kuò)展幀結(jié)構(gòu)(標(biāo)志符為29位)，可實(shí)現(xiàn)更多的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，具有更廣闊的發(fā)展前景 下血以CAN2. 0B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CAN協(xié)議進(jìn)行介紹。 1.幀類型 CAN總線上的數(shù)據(jù)采用不歸零編碼(NRZ)?？偩€數(shù)值為兩種互補(bǔ)邏輯值之一，即顯性和隱性。顯性數(shù)值表示邏輯“0 ,隱性數(shù)值表示邏輯“1，當(dāng)顯性位和隱性位同時(shí)發(fā)送時(shí)，總線數(shù)值將為顯性。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),CAN的數(shù)據(jù)傳輸有以下4種不同類型的幀: 數(shù)據(jù)幀(Data Frame):數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌?遠(yuǎn)程幀(Remote Frame ):總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同

48、一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。 錯(cuò)誤幀(Error Frame ):任何單元檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)送錯(cuò)誤幀。 過(guò)載幀(Overload Frame ):用于提供相鄰數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間的附加延時(shí) (1)數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由以下7個(gè)不同的位域組成:幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)尾。數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度可以為0，如圖7一12所示,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,7. 4 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN),幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，僅由一個(gè)顯性位組成，只在總線空閑時(shí)，才允許站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送。所有的站必須同步于首先開(kāi)始發(fā)送信息的站的幀起始前沿 仲裁域在打一展格式里，仲裁域包括29位標(biāo)識(shí)符、SRR位、IDE位和RTR位。標(biāo)識(shí)符由29位組成，包含兩個(gè)部分，11位基本ID和18位打一展ID. 7個(gè)ID的最高位不能全為隱性RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀里必須為隱性，即RTR位為顯性位和隱性位的區(qū)別。SRR位是“替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位”，是一隱性位。IDE位在打一展格式里為隱性，在標(biāo)準(zhǔn)格式里為顯性。 控制域由6位組成，包括DLC(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼)和兩個(gè)保留位。DLC標(biāo)志數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)，可以是08個(gè)字節(jié)，最多為8