汽车测试技术-唐岚-第八章 PPT课件

第八章微机在测试技术中的应用 计算机测试系统 通用串行总线 USB 虚拟仪器与系统 学习要求 了解现代测量系统 数据采集系统组件的基本原理 了解有关通用串行总线的基础知识 掌握虚拟仪器及其组成和基本概念 1 2 3 微机测试系统的基本组成 与传统的测试系统比较 微机测试系统通过将传感器输出的模拟信号转换为数字信号 利用计算机系统丰富的软 硬件资源达到测试自动化和智能化的目的 微机测试系统的基本组成 微机测试系统的典型结构 数据采集系统 数据采集系统的基本功能 连续量的时间离散化连续量的数值化 数据采集系统 DAS DataAcquisitionSystem 是对多路模拟信号进行较长时间的数字化测量 并对获得的大量数据进行分析与处理的系统 所谓进行数字化测量 就是以一定时间间隔测定各时刻的瞬时值 再将各瞬时值转换为数字量 从而使一个在时间与幅值上都连续变化的模拟信号在时间上被离散化 在幅值上被数字化 数据采集系统 数据采集系统的基本组成单元 1 信号调理如 多路转换器 可调增益放大器 抗混叠 淆 滤波器 2 采样 保持如 采样 保持器 S H 3 模 数转换如 A D转换器 ADC V F变换器 4 其他如 定时 计数器 总线接口电路等 实际的测试系统通常需要进行多参量的测量 即采集来自多个传感器的输出信号 如果每一路信号都采用独立的输入回路 信号调理 采样 保持 A D 则系统成本将比单路成倍增加 而且系统体积庞大 为此 通常采用多路模拟开关来实现信号测量通道的切换 将多路输入信号分时输入公用的输入回路进行测量 多路模拟开关 多路模拟开关的作用主要用于信号的切换 目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品 选择开关时需要重点注意以下指标 1 通道数量 2 泄漏电流 3 导通电阻 4 开关速度 5 芯片的电源电压范围 多路模拟开关 采样 保持单元 A D转换器完成一次转换需要一定的时间 在这段时间里希望A D转换器的输入端电压保持不变 可以由采样 保持单元完成 基本原理 主要由保持电容C 输入 输出缓冲放大器以及控制开关S组成 采样 保持单元 A D 转换与 D A 转换 A D和D A转换是数字信号处理的必要程序 通常所用的A D和D A转换器其输出的数字量大多是用二进制编码表示 以与计算机技术相适应 A D转换 A D转换过程包括采样 量化和编码三个步骤 其转换原理如下图所示 若信号x t 可能出现的最大值为A 令其分为d个间隔 则每个间隔大小为q A d q称为量化当量或量化步长 当采用舍入量化时 最大量化误差为 q 2 而采用截尾量化时 最大量化误差为 q 量化误差的大小一般取决于二进制编码的位数 因为它决定了幅值被分割的间隔数量d 如采用8位二进制编码时 d 28 256 即量化当量为最大可测信号幅值的1 256 D A转换 D A转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号输出 基本要求是输出信号A与输入数字量D成正比 即 A q D 其中q为量化当量 即数字量的二进制码最低有效位所对应的模拟信号幅值 将数字量表示为模拟量 应将每一位代码按其权大小转换成相应的模拟量 然后根据迭加原理将各位代码对应的模拟分量相加 其和即为与数字量成正比的模拟量 此即为A D转换的基本原理 模拟信号的输入通道 根据输入信号的数量 输入通道可分为单通道和多通道 单通道数据采集系统 根据多路开关所处位置不同 多路输入通道可分为以下三种结构 模拟信号的输入通道 多路通道独立并行型 模拟信号的输入通道 多通道同步型 模拟信号的输入通道 多通道一般型 模拟信号的输出通道 模拟量多路通道输出的结构可分为以下两种 多通道共享D A转换器 每个通道都有独自的D A转换器 通用串行总线 USB UniversalAerialBus 系统主要由主机控制器 USB设备和USB的互连组成系统的拓扑结构 主计算机系统的USB接口 任何USB系统中主机只有一个 有USB集线器和功能单元 USB设备与主机之间进行连接和通信的方式 通用串行总线 整个USB的总线信息通道支持12MB s的传输 支持连接127个设备 虚拟仪器 VirtualInstrument简称VI 是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器 是对传统仪器概念的重大突破 是仪器领域内的一次革命 虚拟仪器是继第一代仪器 模拟式仪表 第二代仪器 分立元件式仪表 第三代仪器 数字式仪表 第四代仪器 智能化仪器之后的新一代仪器 虚拟测试与系统 虚拟仪器概述 虚拟测试与系统 虚拟仪器以计算机为核心 是基于计算机的软硬件测试平台 它由计算机 应用软件和仪器硬件组成 虚拟测试与系统 测量仪器的内部功能可划分为 信号采集与控制 数据分析处理及测量结果显示三个部分 虚拟仪器也不例外 但是实现上述功能的方式不同 虚拟仪器的内部功能 信号采集与控制功能 虚拟仪器是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台 实现对信号的采集 测量 转换与控制 硬件平台由两部分组成 1 计算机可以是笔记本计算机 PC机或工作站 2 仪器硬件 可以是插入式数据采集板 含信号调理电路 A D转换器 数字I O 定时器 D A转换器等 或者是带标准总线接口的仪器 如GPIB仪器 VXI仪器 RS 232仪器等 虚拟测试与系统 虚拟仪器对测量结果数据的表达与输出有多种方式 这也是传统仪器远不能及的 例如 虚拟仪器可以实现 通过总线网络进行数据传输 通过磁盘 光盘硬拷贝输出 通过文件存于硬盘内存中 计算机屏幕显示 数据分析处理功能 测量结果的表达 数据分析处理内容包括进行数字信号处理 数字滤波 统计处理 数值计算与分析等 虚拟仪器比传统仪器以及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能 根据采用的总线方式不同 VI系统的构成方式多样 虚拟测试与系统 结构和命令简单 主要应用于台式仪器 适合于精确度要求高的 但不要求对计算机高速传输状况时应用 具有稳定的电源 冷却 屏蔽能力强 标准开放 结构紧凑 数据吞吐能力强 定时和同步精确高 模块可重复利用 但要求有机箱 零槽管理器及嵌入式控制器 造价比较高 高度可扩展性 PC的性能价格比和PCI总线的扩展优势结合 无论上述哪种VI系统 都是通过应用软件将仪器硬件与各类计算机相结合 其中PC DAQ测试系统是构成VI的基本方式 实际上数据采集系统DAS是构成各种标准总线仪器的基础 故虚拟仪器是基于 信息的数据采集 ADC 信号的分析与处理 DSP 输出 DAC 及显示 的结构模式建立通用仪器硬件平台 在这个通用仪器硬件平台上 调用不同的测量软件就构成了不同功能的仪器 虚拟仪器开发工具及方法 软件技术是虚拟仪器的核心技术 常用的仪器用开发软件有LabVIEW LabWindows CVI VEE等 这些软件已相当完善 而且还在升级 提高 以LabVIEW为例 这是基于图形化编程语言G的开发环境 用于如GPIB VXI PXI PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成 且具有很强的分析处理能力 虚拟测试与系统 LabView软件组成1编