基于VXI的发动机多参数测控系统模块设计

1、基于 VXI 的发动机多参数测控系统 院 别: 课程名称: 实验教室: 指导教师: 小组成员（姓名，学号）: 实验日期： 评 分： - 1 -目录目录论文总页数：31 页 简介.- 2 -发动机多参数测控系统组成.- 2 -发动机多参数的测控设计.- 3 -1、各模块需求分析.- 3 -1.1、转速测量.- 3 -1.2、转矩测量.- 4 -1.3、功率测量.- 4 -1.4、燃油/燃气消耗量.- 5 -1.5、温度测量.- 5 -1.6、压力测量.- 6 -2、各模块设计方案.- 7 -2.1、转速测量.- 7 -2.2、转矩测量.- 9 -2.3、功率测量.- 9 -2.4、燃油/燃气消耗

2、量.- 13 -2.5、温度测量.- 15 -2.6、压力测量.- 18 -2.7、MCU 的选择 .- 20 -3、VXI 模块接口设计 .- 21 -3.1、VXI 总线通信协议 .- 21 -3.2、VXI 总线接口设计 .- 22 -3.3、VXI 总线接口板卡设计 .- 26 -4、软件设计.- 26 -4.1 驱动程序设计.- 26 -4.2 应用软件设计.- 28 -4.3 VISA 配置使用 .- 29 -4.4 应用软件设计界面.- 30 -总结.- 31 - 2 -简介简介VXI 总线以其标准化、通用化、系列化、模块化等显著特点，在电子测量、航空航天、工业等领域得到了广泛应

3、用。发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。汽车的动力来自发动机。根据所用的燃料不同,常见的发动机可分为汽油发动机(简称汽油机)和柴油发动机(简称柴油机)两种。汽油机以汽油为燃料，柴油机以柴油为燃料。发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油（柴油）或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。发动机的所有结构都是为能量转换服务的，发动机伴随着汽车走过了 100

4、多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。发动机多参数测控系统组成发动机多参数测控系统组成发动机自动测控系统是为满足各种不同类型的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性能试验和出厂试验而精心设计的大型测控系统。它可与国内外各种不同的水力、电涡流、电力测功机配套，用于控制和测量发动机的转速、转矩、功率、燃油/燃气消耗量、温度、压力、流量等各种不同类型的参数。发动机自动测控系统由测控仪、油门励磁(水门)驱动仪、数据采集仪、智能油耗仪、油门执行器、多参数显示屏、DW/DWD 系列电涡流测功机、系统软件等组成。- 3 -发动机多参数的测控设计发动

5、机多参数的测控设计1 1、各模块需求分析、各模块需求分析1.11.1、转速测量、转速测量汽车发动机转速时选择正确的换挡时机提供参考，通过测量发动机的转速，及时监控转速及工作状况，使发动机保持额定转速，以减少发动机的磨损并减少油耗。为精确测量发动机转速，同时要满足非接触测量，我们将采用霍尔式电子点火系统来测量发动机转速，其工作原理如图 1-1 所示，霍尔式信号发生器的触发叶轮和分火头制成一体，由分电器带动。一般有发动机配器机构凸轮轴驱动，四冲程发动机转速与分电器凸轮轴转速比为 2:1。通过测量出点火信号的周期 T，乘以发动机冲程就是凸轮轴转速，再乘以 2 就是发动机转速。当出发叶轮转动时，每当叶

6、片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气间隙时，磁场便被触发叶轮的叶片旁路挡住而不能作用于霍尔元件上，因此，霍尔元件不产生霍尔电压，当触发叶轮离开永久磁铁与霍尔元件之间的空气间隙时，永久磁铁 3 的磁通便通过导磁板 5 作用于霍尔元件 2 上，此时霍尔元件便产生霍尔电压 U。对信号进行处理转换形成矩形脉冲信号。这样通过测量矩形脉冲型号的周期就可以得出发动机的转速。图 1-1 霍尔式电子点火系统工作原理- 4 -根据柴油机转动特点，霍尔传感器必须满足以下条件：电源电压范围宽；开关速度快,无瞬间抖动；工作频率宽（DC100KHz） ； 寿命长、体积小、安装方便 ；能直接和晶体管及 TTL、MOS 等逻辑

7、电路接口。1.21.2、转矩测量、转矩测量采用磁电式转矩仪来测量发动机的转矩，其工作原理如图 1-2 所示，它是依据扭力轴在受扭后产生的扭转角大小来测量外加转矩的，弹性轴转动受扭后，相距 L 的 2 只外齿轮扭转一个角度，发出的两列磁电脉冲信号产生相位差。图 1-2 磁电式转矩仪工作原理在柴油发动机中，测量转矩需要尽可能满足以下特点：短轴，高强度，惯性质量小，能承受高速旋转；非接触测量，高频响，高精度，高分辨率；抗过载能力高；集成数字电路，抗干扰能力强；顺时针旋转或逆时针旋转；通过电脑可以对传感器参数进行设置。1.31.3、功率测量、功率测量测功机也称测功器，主要用于测试发动机的功率，也可作为

8、、减速机、变- 5 -速箱的加载设备，用于测试它们的传递功率。主要分为水力测功机、电涡流测功机、电力测功机， 由于电涡流测功机控制性能和响应速度明显优于水力测功机 ， 而价格又远低于电力测功机。故我们采用电涡流测功机。1.41.4、燃油、燃油/ /燃气消耗量燃气消耗量采用智能油耗仪 ET2500，其实物如图 1-3 所示，来测量发动机燃油/燃气的消耗量，智能油耗仪 ET2500 是诚邦公司精心设计的 ET2000 系列发动机自动测控系统中的一个子系统，ET2500 智能油耗仪采用一体化设计技术，油耗变送器和显示仪表集于一体，可以独立的完成发动机燃油消耗的测量。图 1-3 ET2500 智能油耗

9、仪实物性能指标：测量范围：O 2kg 共 10 个规格； 测量精度：0.4F.S；测量时间：1 99S 任意设定；外型尺寸：lkg 以下 160270370 mm(深、宽、高)、2kg 以上 450350500 mm(深、宽、高)；外接油管规格：透明耐油胶管 121.5(1kg 以下)， 201.5(2g 以上)。- 6 -1.51.5、温度测量、温度测量气道温度检测设计，气道从结构上来说是一个结构非常复杂的部件。选择热电偶和变送器以达到结构和测温量程的要求。汽车尾气余热发电气道温度检测系统，其原理如图 1-4 所示，如图中虚线框所示 T1 到 T11 为美国 o m e g a 热电偶测温线

10、，分度号 T 型，绝缘层耐温 4 8 0 变送器是 T 型智能温度变送器，输入、输出、电源三相隔离。图 1-4 汽车尾气余热发电气道温度检测系统根据柴油机的参数要求，我们采用 XC-K-20-SLE 热电偶线|K 型高温热电偶线|美国 omega 陶瓷纤维热电偶线。 详细参数：外敷绝缘层耐温 -73-980；外覆绝缘层材质 ：陶瓷纤维；线芯材质 镍铬合金/镍铝合金；线芯直径 2x0.813mm；线芯绝缘层标记 红为负极/黄为正极； 长度 每卷 1000 英尺/305 米。可按客户需要剪断,焊接,加插头或绕线轴零售 。此 K 型高温热电偶线可适合任何 K 型进口及国产的温度记录仪表使用。1.61

11、.6、压力测量、压力测量首先需要考虑的是压力传感器，压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力值，或供控制和报警使用。本次设计采用的是 MD-PS002 型压力传感器,原理图如图 1-5 所示，具有体积小,量程大等优点,应用领域有汽车的胎压测量,工业方面的空气压力车龄,消费品方面的高度计,和医疗电子方面的- 7 -血压计等。MD-PS002 的原理如图 1-5 所示。图 1-5 MD-PS002 原理+IN 和-IN 为传感器提供恒流源或者是恒压源, 可以是 5V 恒压源,或者是1mA 的恒流源。-OUT 和+OU

12、T 提供输出电压,150KP 的压力传感器输出电压的方位是 60-100mV。2 2、各模块设计方案、各模块设计方案2.12.1、转速测量、转速测量我们选用 HAL3144E，其电特性如表 1 和表 2 所示。它是一款采用双极性工艺技术的单极性霍尔效应传感器 IC，响应速度快，灵敏度高，具有略高的工作温度范围及可靠性，它由反向电压器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、施密特触发器和集电极开路的输出级组成。其内部电路如图 2-1 所示，PCB 如图 2-2 所示。 表 1 HAL3144E 霍尔效应传感器电特性 - 8 -表 2 HAL3144E 霍尔效应传感器极限参数 表 3 HAL31

13、44E 霍尔效应传感器磁特性图 2-1 HAL3144E 霍尔效应传感器内部电路- 9 -图 2-2 HAL3144E 霍尔效应传感器 PCB2.22.2、转矩测量、转矩测量我们选用 ST 公司的非接触式转矩测量仪 RWT410，其实物如图 2-3 所示，它高精度（可达 0.25%） ，高分辨率（可达 0.02%） ，具有 300%抗过载能力。TorqSense RWT410/420 系列，是一种内置集成电路，数字扭矩传感器，采用了最新的非接触式扭矩传感技术（Surface Acoustic Wave Technology） ，节约成本，并配有 USB 和 RS232 接口。图 2-3 RWT

14、410 转矩测量仪实物2.32.3、功率测量、功率测量测功机作电动机运行时：电枢绕组内通入电流，在定子，励磁绕组的磁场作用下，转子受到一个电磁驱动力矩的作用而旋转（反拖） ，该驱动力矩的反力矩作用于定子，通过测力机构测出。因此，直流电力测功机不仅可以作为发电机运转测量发动机的转矩，还可以作为电动机运转反拖发动机，测量发动机的摩擦损失。测功机功率计算功率 P=扭矩*转速/计算臂长。计算臂长为 0.9550 米。其实物如图 2-4 所示。- 10 -图 2-4 电涡流式测功机实物我们采用杭州易登科技有限公司的 DW 系列测功机来测量柴油机的功率，它具有以下特点：对涡流测功机进行定电流、定速度、定转

15、矩最高转速约为最大功率的 2.5%突加负载与突减负载适应性 0.5-1s结构简单、运行稳定、价格低廉、使用维护方便；采用水冷却，噪音低、振动小；输入转速范围宽，可用于变频调速等各类电动机及动力机械的型式试验。表 4 DW 系列测功机的参数标准DW 系列电涡流测功机功率特性曲线如图 2-5 所示；DW 系列电涡流测功机负荷特性曲线如图 2-6 所示。- 11 -图 2-5 DW 系列电涡流测功机功率特性曲线图 2-6 DW 系列电涡流测功机负荷特性曲线测功机是根据作用力矩与反作用力矩大小相等方向相反的原理来测量扭矩，因此所测扭矩可以通过作用在测功器上的旋转力矩（即制动器外壳反力矩）来- 12 -

16、指示。 电涡流测功机主要由旋转部分（感应体） 、摆动部分（电枢和励磁部分） 、测力部分和校正部分组成。其结构简图见图 2-7 和图 2-8。由结构简图可知，感应体形状犹如直齿轮，产生涡流地方在导磁涡流环的孔壁上。励磁绕组通上直流电后，则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应体被原动机带动旋转时，气隙磁密随感应体的旋转而发生周期性变化，在涡流环孔壁表面及一定深度范围内将产生涡流电势，并产生涡流，该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用，就产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上，由力传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转矩的目的。转速测量采用非接触式的磁电式转速传感器，将转速信号

17、转换成电信号。图 2-7 测功机剖面图- 13 -图 2-8 测功机安装使用2.42.4、燃油、燃油/ /燃气消耗量燃气消耗量ET2500 智能油耗仪油路结构如图 2-9 所示。图 2-9 ET2500 智能油耗仪油路结构- 14 - ET2500 智能油耗仪的仪表采用定时间测重量的方法，测量时间可以用键盘设置，范围是 1-9999S。测量结果以 4 位浮点数的形式显示，单位为 kg/h。ET2500 智能油耗仪的供油部分通过一个常闭式二位二通电磁阀控制充油和放油过程，当油桶油面在下限 0V 时，电磁阀处于打开状态，燃油箱在向发动机供油的同时也向油桶充油，当油桶油面到上限 2V 时，电磁阀关闭

18、，截断油箱向发动机供油，同时发动机所需的燃油由油桶供给，当油桶的油面到设定的某个位置时，仪表开始记时，测试完毕。仪表显示该段测量时间内燃油消耗的重量，同时电磁阀开启，进入下一个测量过程。ET2500 智能油耗仪仪表控件分布如图2-10 所示。ET2500 智能油耗仪称重部分采用了高精度电阻应变式荷重传感器，高稳定、高精度稳压电源和载波自稳零运算放大器，模拟输出电压 0-2V。2V 对应油桶内油量满上限。0V 对应油桶内油量空下限。对应于满量程的电压变化量为 2.000V。图 2-10 ET2500 智能油耗仪仪表控件分布- 15 -2.52.5、温度测量、温度测量热电偶工作原理： 两种不同成份

19、的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动 势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端） ，另一端叫做冷端（也称为补偿端） ； 冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶工作如图 2-11 所示。图 2-11 热电偶工作热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。热电偶测温电路设计我们采用 AD595 芯片，AD595 是完整的单芯片仪表放大器和热电偶冷结补偿器。通过将冰点基准源与预

20、校准放大器相结合，该器件可直接从热电偶信号产生高电平 (10 mV/C) 输出。引脚绑定选项使本产品可用作线性放大器补偿器或采用固定或远程设定点控制的开关输出设定点控制器。它可用于直接放大补偿电压，从而成为提供低阻抗电压输出的独立摄氏温度传感器。AD594/AD595 内置一个热电偶故障报警器，可指示一个或两个热电偶引脚是否断开。报警输出具有灵活的格式，包括 TTL 驱动能力，其内部电路如图2-12 所示。- 16 -图 2-12 AD595 内部电路AD595 的输出的信号电压与 K 型热电偶输入的电动势关系式如下：，其中 V1-V2 为热电偶产生的热电3 .247011. 0)204. 0

21、21(TVVVout势 EK1，而 0.04 T2 为冰点补偿电压，电压单位皆为 mV，温度单位为C。如果是以线性的关系来近似热电偶的温度与电压关系，直接把 AD595 的输出电压除以 10 来转成温度值（即 10mV/C） ，将有不可避免的误差，测量温度漂移如图 2-13 所示。AD595温度漂移-10.000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.00-500050010001500测量温度温差图 2-13 AD595 测量温度漂移如果我们能保证中的 V2 是准确3 .247011. 0)204. 021(TVVVout的也就解决了以上问题。再添加一块独立的 AD59

22、5 作为 V2 的测量者即可解决问题。将这块 AD595 的 1、14 脚短接，这样芯片输出的始终是 AD595 所处 T2 温度环境的电压值。此时第二块 AD595 输出公式为（V1-V2=0 因为热电偶短接） ，其中 Vout23 .247011. 0)204. 00(2TVout- 17 -是可以通过 AD 采集得到的，反求得，根据 K 型热电04.0011.03.247/22VoutT偶分度表查出 T2 摄氏度下对应的 V2，将正确的 V2 带入中，3 .247011. 0)204. 021(TVVVout反求得，204. 02011. 03 .247/1TVVoutV式中 Vout

23、可以在第一块 AD595 上通过 AD 转换采集到，再根据 K 型热电偶分度表查出 V1 热电势下对应的 T1 温度值，这样最终就得到了测量端的真实温度值。K 型热电偶+AD595 温度测量电路设计如图 2-14 所示。K 型热电偶+AD595 A/D 转换电路如图 2-15 所示。K 型热电偶+AD595 电源稳压电路如图 2-16 所示。图 2-14 K 型热电偶+AD595 温度测量电路设计- 18 -图 2-15 A/D 转换电路图 2-16 电源稳压电路2.62.6、压力测量、压力测量（1）放大电路设计被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小，无法进行 A/D 转换，必须对这些模拟电

24、信号进行放大处理。为使电路简单便于调试，本设计采用二级运算放大器，因为传感器输出的较大共模电压，而有效的信号来源于差模信号。所以放大电路采用差模放大电路，压力测量放大电路设计如图 2-17 所示。- 19 -图 2-17 压力测量放大电路设计差模信号经过该放大电路后放大约 100 倍,共模信后得到了有效的抑制。（2）模数转换器模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称 A/D 转换器。本次设计的中 A/D 转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换为数字量进行输出，其模数转换器接口如图 2-18 所示。图 2-18 模数转换器接口这里 A/D 转换器

25、采用 ADC0804, ADC0804 的 8 位并行接口 A/D 转换器。最高工作频率为 400MHz,无论是分辨率还是速度都满足本次设计的需求。（3）单片机与 A/D 转换器的连接单片机与 A/D 转换器的连接如图 2-19 所示。- 20 - 图 2-19 单片机与 A/D 转换器的连接2.72.7、MCUMCU 的选择的选择本设计采用单 CPU 结构，由一个 CPU 同时管理 VXI 接口和测量操作。采用国内最流行的单片机 89C51 系列的单片机，该系列的单片机可以有 32 个 I/O 引脚，全部监控程序可以在芯片内部固化，无须扩展外围接口电路，这样可以大大提高模块工作的可靠性，简化

26、模块电路，保证一个 C 尺寸的模块可以容纳全部电路。其主控电路设计如图 2-20 所示，其 PCB 如图 2-21 所示。图 2-20 MCU 主控电路设计- 21 -图 2-21 MCU PCB3 3、VXIVXI 模块接口设计模块接口设计3.13.1、VXIVXI 总线通信协议总线通信协议VXI 总线器件根据它们所支持的通信协议可分为四种级别：消息基器件、寄存器基器件、存储器器件、扩展器件。消息基器件是带有通信能力的本地智能器件，支持 VXI 总线组态和通信协议。只有这种器件是命令者和/或命令基从者器件。消息基器件具有一组标准的 A16 操作寄存器组，即通信寄存器组。这些寄存器，其地址是相

27、对于器件的 A16 基地址的。一组寄存器保留给将来选用的协议，这些寄存器的定义将与协议寄存器中保留的定义有关。所有消息基器件必须具备协议、响应和数据低位寄存器。信号、数据扩展、数据高位、A24指针和 A32 指针寄存器是可选用的。表 5 寄存器寻址- 22 -与寄存器基器件相比，消息基器件除实现器件基本的寄存器配置,实现 VXI的 Plug&play 规范外，还必须支持字串行命令协议，需要本地智能以支持这些协议。我们选用 K60 单片机作为本地微处理器（CPU） ，采用基本的逻辑芯片来实现接口电路。用来完成消息基命令的翻译和处理。通过使用大规模可编程逻辑器件，使得复杂的消息基接口设计得

28、极为简洁。消息基接口设计如图 3-1 所示。图 3-1 消息基接口设计3.23.2、VXIVXI 总线接口设计总线接口设计本模块仅使用 VXI 总线 PI 连接器，与 VXI 总线接口电路有关的连线共62 根。其中数据线 D00D15 用于各寄存器组的读、写数据传输。地址线A00A15。地址修改线 AM0AM5（AM2 未用） 。长字线 LWORD*,数据选通线DS0*、DS1*、 （双功能） 、中断认可线 IACK*，读/写线 WRITE*用于寻址及读、写控制逻辑。数据传输认可线 DTACK*用作挂钩线，完成数据的异步传输。SYSRESET*线用于上电复位，SYSFAIL*用于指示模块自检及

29、工作状态。BG0IN* - BG3IN* 和 BG0OUT* - BG3OUT* 用于总线允许菊花链传递。IACKIN*、IACKOUT*用于中断认可菊花链传递。IRQ1* IRQ7* 用于模块的VXI 总线申请中断。+5V 向本模块各 IC 芯片提供电流。3.2.13.2.1、地址译码电路设计、地址译码电路设计地址译码电路如图 3-2 所示，由图可见，当AIN14、AIN5、AM0*、AM3*、AM5*、LWORD*、IACK*为高，AM1*、AM4*为低时，选中图中的 74LS688 比较器。与此同时，模块选择电路图 3-3 中地址线 AIN06 AIN13 与逻辑地址开关设定值相比较，如

30、相等，则图中的74LS688 的 19 脚输出信号 G*有效，表明选中本模块；否则，本模块不做任何响应。- 23 -图 3-2 地址译码电路图 3-3 模块选择电路由于本模块没有块传输能力，故用数据选通线 DS0*、DS1*作为地址选通信号来获取地址信息。当 DS0*的下降沿到来时，由 8D 锁存器 74LS574将 AIN01AIN05、WRITE*和 G*锁存起来，提供给后续电路进一步译码。3.2.23.2.2 数据接口电路设计数据接口电路设计在 VXI 总线规范中，为每个器件在 A16 地址空间分配了 64 个字节的寄存器作为各器件的配置寄存器和通信寄存器。本模块采用两片双端口- 24

31、-RAMIDT7130 作为 12 和 VXI 总线联系的公用缓冲区。考虑到 VXI 总线的驱动能力及缓冲隔离要求，数据线 D00D15 经两片双向缓冲器 74LS245 分别接到双端口 RAMIDT7130 的 I/0L 上，见图 3-4 所示。双端口 RAMIDT7130 的容量为 8K（1K 乘以 8BIT） ，与 TTL 电平兼容，存取时间快，功耗低，集成度高。它是一个存储体，有两套独立的地址、数据和控制总线。我们设计中将 IDT7130 的左端口由 VXI 总线控制，右端口由 12 单片机控制，用片内的BUSY 线来解决两端同时访问的冲突问题。当出现某一存储单元被两个端口同时访问时，

32、片内的逻辑自动作优先判断，并在相应的 BUSY 引脚上以低电平表示该端口的访问被延迟。VXI 总线用 AIN0AIN5 的地址码来对双端口RAM 寻址，用 DS0*、DS1*对两片端口 RAM 进行片选，用 WRITE*线进行读写控制。图 3-4 数据线接口电路3.2.33.2.3、VXIVXI 板卡插槽设计板卡插槽设计VXI 总线 C 型板卡插槽共 96 针，管脚定义如图 3-5 所示。- 25 -图 3-5 VXI 板卡插槽电路3.2.43.2.4 信号采集处理芯片信号采集处理芯片 MCUMCU 电路设计电路设计信号的采集和处理我们采用飞思卡尔的 MK60DN512ZVLQ10 芯片进行信

33、号的采集和处理，它是基于 ARM4 的芯片，管脚共计 144 针，扩展能力强，自带256K 的 FALSH，带有一个可选择的单精度浮点处理单元，运算速度快。我们使用 K60 进行信号的采集和处理，然后与 12 单片机通信，再由 12 与 VXI 总线通信。其外围电路设计如图 3-6 所示。图 3-6 MK60DN512ZVLQ10 芯片电路设计- 26 -3.33.3、VXIVXI 总线接口板卡设计总线接口板卡设计根据 VXI 的 C 型板卡的尺寸 233mm340mm，我们绘制了 VXI 板卡电路 PCB如图 3-7 所示。图 3-7 VXI 板卡 PCB4 4、软件设计、软件设计4.14.

34、1 驱动程序设计驱动程序设计虚拟仪器系统的仪器驱动程序包括两个基本的概念模型:第一个是仪器驱动程序外部接口模型，表示仪器驱动程序如何与外部软件系统接口。图 4-1、4-2表示为仪器驱动程序的外部接口模型所示。图 4-1 仪器驱动程序的外部接口应用程序交互式开发界面（函数面板）程序开发接口（API）仪器驱动程序（函数体）内部子例程接口VISA I/O 接口- 27 -第二个是仪器驱动程序内部设计模型，定义了仪器驱动程序的内部结构。仪器驱动程序内部设计模型的模块化结构建立在成熟的技术基础上，利用模块化方法，用户在软件应用时具有准确控制仪器所需要的最小模块。利用这种模型，用户通过初始化设备来开始仪器

35、有关的业务。然后，它们能反复调用应用函数和部件函数来控制仪器的操作。最后一步，用户关闭设备，终止与设备的通信。例如，用户能一开始就使所有仪器初始化，配置多个仪器，然后同时触发几个仪器。函数主体应用函数图 4-2 仪器驱动程序的外部接口图 4-2 中表示了仪器驱动程序的内部模型，它给出了仪器驱动程序的内部结构。驱动程序的函数主体包含两级，第一级是一组部件函数，它们是控制仪器特定功能的软件模块。第二级是一组应用函数，它们表示如何使用所有子系统功能来完成面向应用的仪器操作。仪器驱动程序的部件函数包括初始化、配置、工作/状态、数据、实用和关闭函数。初始化函数是访问仪器驱动程序时调用的第一个函数，它也被

36、用于初始化软件连接，也可以执行一些必要的操作，使仪器处于默认的上电状态或其他状态。关闭函数是最后调用的，它只是简单地关闭仪器的软件连接。组状函数时候一些软件例行程序，它对仪器进行配置，以便执行所希望的操作。动作/状态函数使仪器执行一项操作或者报告正在执行的或已挂起的操作状态。这些操作包括激活触发系统，输出激励信号及报告测量结束等。数据函数用来从仪器取回数据或向仪器发出数据。要处理不同类型的信息或使用不同的数据传送技术，需要许多相应的数据函数。实用函数包括许多标准的仪器操作。例如执行复位，自检以及进行错误处理等。应用函数是面向测试的高级函数。这些是标准的仪器驱动函数，当用户需初始化函数组态函数动

37、作/状态函数数据函数实用函数关闭函数支持库I/O 库- 28 -要驱动程序的单一函数接口时，可以通过它们函数本身的程序接口调用这些函数。这些函数同时指出如何一起使用部件函数。在大多数情况下，这些例行程序通过配置，触发和从仪器读取数据来完成整个测试操作。应用函数提供了多次函数调用，因此用户可以使用仪器的函数子集。如果用户需要简单的单一函数接口，这种统一的接口可由应用函数提供，如果用户需要更大的灵活性和更多的函数，驱动程序的部件函数可以作为独立的模块使用。例如，用户可以在开始时初始化所有仪器，对多个仪器进行配置，同步触发多个仪器等。4.24.2 应用软件设计应用软件设计LabView 软件设计：N

38、I-VISA 是美国国家仪器 NI(National Instrument)公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。VISA 总线 IO 软件是一个综合软件包，不受平台、总线和环境的限制，可用来对 USB、GPIB、串口、VXI、PXI 和以太网系统进行配置、编程和调试。VISA 是虚拟仪器系统 IO 接口软件。基于自底向上结构模型的 VISA 创造了一个统一形式的 IO 控制函数集。一方面，对初学者或是简单任务的设计者来说，VISA 提供了简单易用的控制函数集，在应用形式上相当简单；另一方面，对复杂系统的组建者来说，VISA 提供了非常强大的仪器控制功能与资源管理。Lab

39、VIEW 是 NI 公司开发的一种基于图形程序的编程语言。用户利用创建和调用子程序的方法编写程序，使创建的程序模块化，而且程序编制简单、直观。一个 LabVIEW 程序分为 3 部分：前面板、框图程序和图标接线端口。前面板用于模拟真实仪器的前面板；框图程序是利用图形语言对前面板上的控件对象(分为控制量和指示量两种)进行控制；图标接线端口用于把 LabVIEW 程序定义成一个子程序，从而实现模块化编程。基于 LabVIEW 平台的测试系统有两个显着特点：（1）采用 VISA-VXI 接口卡实现对 VXI 总线数据读取，从而完成实时测试；（2）采用 VISA 标准编程。作为通用 I/0 标准，VI

40、SA 具有与仪器硬件接口无关的特性，VISA 资源管理层是应用与仪器之间的桥梁，所有对仪器的操作都需要它来管理，从而保证测试系统有条不紊地运作，控制器对仪器的访问都通过指针实现，这种面向对象的技术使独立的系统很容易扩展成分布式系统，以适应各种测试领域的要求。LABVIEW 是由美国 NI 公司开发的、优秀的图形化软件开发平台，集成了与 VXI 总线仪器通讯的全部功能，利用它可以方便地集成自动测试系统。- 29 -4.34.3 VISAVISA 配置使用配置使用上位机一块我们是采用 Labview 对采集到的数据进行分析处理以及显示，而要使上位机能与 VXI 机箱进行通信首先我们需要进行 VISA 的配置。配置过程是，首先我们需要打开 VISA 设备，其次设置 VISA 设备的属性节点参数，即指定的端口以及传输方式等，配置好了以后通过发送命令或者设置字节数来读取USB RAM，最后操作完成我们就关闭 VISA.VISA 配置使用流程如图 4-3 所示；图 4-3 VISA 配置使用流程在本系统中，我们运用了 VISA VXI 命令或查询函数，其所属的函数选板是总线/接口配置函数，其功能是向设备发送其它命令或查询条件，或获取上一个查