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虚拟仪器数据采集应用论文特征码ardldwbmnmlwsihsqckr xi总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的 硬件方案3种。vxi仪器模块又称为器件（devices）。vxi有4种器件：寄存器基器件、消 息基器件、存储器器件和扩展器件。存储器器件不过是专用寄存器基器件，用来保存和传输 大量数据。扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。将vxi仪器制作成寄存器 基器件，还是消息基器件是首先要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像vme总线器件 ，是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件完全是在 直接 硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/模转换输出 卡、模/ 数转换输入卡、信号调理等）。消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用a scii字符进行通信，与这种器件十分相似是独立hpib仪器。消息基器件用一组意义 明确的 “字串行协议”相互进行通信，这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩 要求。消息基器件必须有cpu（或dsp）进行管理与控制。因此，消息基器件适用于虚拟仪器 中数字信号处理部分的模块。 软件的开发与设计包括3部分：vxi总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件（软面板） 。软件结构如图1所示。 vxi总线接口软件由零槽控制器提供，包括资源管理器、资源编辑程序、交互式控制程序和 编程函数库等。该软件在编程语言和vxi总线之间建立连接，提供对vxi背板总线的控制和支 持，是实现vxi系统集成的基础。 仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序，也即模块的驱动软件，他 的设计必须符合vpp的2个规范，即vpp3.1仪器驱动程序结构和模型和vpp3.2仪器 驱动程序设计规范。 “软面板”设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人性化的面板，这个面板应不 仅同传统仪器面板一样具有显示器、led、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装 置等功能部件，而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。 2 虚拟仪器在数据采集中的应用 利用虚拟仪器制作数据采集器可以按照硬件设计、软件设计两个步骤来完成。 2.1 硬件设计 硬件设计要完成以下内容： 1)模/数转换及数据存储 设置具有通用性的数据自动采集系统，一般应满足能对多路信号尽可能同步地进行采集， 为了使所采集到的数据不但能够在数据采集器上进行存储，而且还能及时地在采集过程中 将数据传送到上位机，选用存储量比较适中的先进先出存储器，这样既能满足少量数据存储 的需要，又能在需要实时传送数据时，在a/d转换的同时进行数据传送，不丢失任何数据。)vxi总线接口 vxi总线数据采集器通常可以利用两种vxi总线通用接口消息基接口和寄存器基接口。消 息基接口的作用是通过总线传送命令，从而控制仪器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器简单的读写来控制仪器硬件的操作。利用消息基接口进行设计，具体消息基接口的框图见图2。 3)采样通道控制 为了满足几种典型系统通道控制的要求，使通道的数量足够多，通道的选取比较灵活，可以利用寄存器电路、可预置计数器电路以及一些其他逻辑电路的配合，将采样通道设计成最多64路、最少2路可以任意选择，而且可以从任意一路开始采样，也可以到任意一路结束采样，只要截止通道号大于起始通道号就可以了。整个控制在虚拟仪器软面板上进行操作，通过消息基接口将命令写在这部分的控制寄存器中，从而设置计数器的初值以及采样的通道总数。 4)定时采样控制 由于不同的自动测试系统对采样时间间隔的要求不同，以及同一系统在不同的试验中 需要的采样时间间隔也不尽相同，故可以采用程控的方式将采样时间间隔设置在2 s13. 0 ms之间任意选择，可以增加或减少的最小单位是2 s。所有这些选择设置可以在虚拟仪器软面板上进行。 5)采样点数控制 根据不同测试系统的需求，将采样点数设计成可在一个比较大的范围中任意选择，该选择同样是在软面板上进行。 6)采样方式控制 总结各种自动测试系统的采样方式不外乎软件触发采样和硬件 触发采样。在硬件触发采样中又包括同步整周期采样和非同步整周期采样，这2种采样又可 以是定时进行的或等转速差进行的。所有这些采样方式，对于数据采集器来说都可以在软面 板上进行选择。 2.2 软件设计 软件是虚拟仪器的关键，为使vi系统结构清晰简洁，一般可采用组件化设计思想，将各部分彼此独立的软件单元分别制成 标准的组件，然后按照系统的总体要求组成完整的应用系统，一个标准的组件化的虚拟仪器软件系统，如图3所示。应用软件为用户提供了建立虚拟仪器和扩展其功能的必要工具，以及利用pc机、工作站的 强大功能。同时vpp联盟提出了建立虚拟仪器标准结构库（visa）的建议，为虚拟仪器的研 制与开发提供了标准。这也进一步使由通用的vxi数据采集模块、cpu/dsp模块来构成虚拟仪 器成为可能。 基于虚拟仪器的数据采集器的软件包括系统管理软件、应用程序、仪器驱动软件和i/o接 口 软件。以往这4部分需要用户自己组织或开发，往往很困难，但现在ni公司提供了所有这 四部分软件，使应用开发比以往容易得多。 下面简单介绍以ni公司的lab windomit事件。通过get user event函数过滤，将所有的commit事件区分开，识别 出是由哪个控制项所产生的事件，并执行相应的处理。 第三步：应用函数/vi集与应用程序软件包编写。应用函数/vi集需针对具体仪器模块 功能进行编程，应用程序软件包只是一些功能强大、需要完善的数据处理能力的模块才需要 提供，如波形分析仪模块、dsp模块等。 3 结语 本文探讨了虚拟仪器的基本组成，以及实际的虚拟仪器软硬件设计的一般方法，这些方法经过实际设计工作运用证明是可靠的，可供系统工程技术人员在组建具体的基于vxi总线的虚拟仪器数据采集、测试时参考使用。 参考文献 1赵勇.虚拟仪器软件平台和发展趋势j.国外电子测量技术,20xx,(1) 2陈光禹.vxi总线测试平台m.北京：电子科技大学出版社,1996 3孙昕，张忠亭，