-虚拟仪器讲稿

第二章虚拟仪器技术

第二章虚拟仪器技术

PXI总线与虚拟仪器什么是虚拟仪器PXI与VXI总线比较与选择PXI虚拟仪器技术国内外现状与应用实例虚拟仪器的软件平台PXI总线与虚拟仪器什么是虚拟仪器一、什么是虚拟仪器一、什么是虚拟仪器仪器的发展历史第一代仪器：模拟仪器第二代仪器：数字化仪器第三代仪器：智能仪器第四代仪器：虚拟仪器仪器的发展历史第一代仪器：模拟仪器仪器的发展历史第一代仪器：模拟仪器如指针式万用表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。第二代仪器：数字化仪器数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。仪器的发展历史第一代仪器：模拟仪器仪器的发展历史第三代仪器：智能仪器智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代仪器：虚拟仪器虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。仪器的发展历史第三代仪器：智能仪器仪器技术革命第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代；目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时期：虚拟仪器时代。仪器技术革命第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器的构成元素数据采集信号处理结果表达与仪器控制硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件（显示器与旋钮）硬件（电子线路）计算机软件（算法）计算机硬件（显示器与虚拟旋钮）传统仪器虚拟仪器计算机系统资源仪器的构成元素数据采集信号处理结果表达硬件（电子线路）硬件（传统仪器与虚拟仪器实现测量原理比较传统仪器信号有效值测量虚拟仪器信号有效值测量算法传统仪器与虚拟仪器实现测量原理比较传统仪器信号有效值测量虚拟传统仪器厂商定义功能虚拟仪器用户定义功能仪器概念的转变传统仪器虚拟仪器仪器概念的转变VirtualInstrumentation--ComputerBasedInstrumentsVirtualInstrumentation--所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。“虚拟”的含义虚拟的仪器面板由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）虚拟仪器的定义所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户虚拟仪器的架构模块化仪器软件算法虚拟仪器的架构模块化软件PXI模块PXI模块PXI模块PXI模块VXI模块VXI模块虚拟仪器软件例子虚拟仪器软件例子--虚拟仪器讲稿传统仪器虚拟仪器仪器定义厂家用户功能设定功能特定，与其它设备连接受到限制。面向应用的系统结构，可方便地与网络设备、外设和其它设备连接。关键环节硬件软件开放性封闭式系统，功能固定，不能改变。基于计算机技术的开放式系统，灵活的软件功能模块。性能价格比低高，可重复使用。技术更新速度慢（周期5~10年）快（周期1~2年）开发维护开发维护费用高软件结构，节省费用传统仪器与虚拟仪器比较传统仪器虚拟仪器仪器定义厂家用户功能设定功能特定，与其它设备总结虚拟仪器是新一代仪器，是仪器的发展方向；虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件电路；虚拟仪器=总线模块＋算法；常用总线：PXI和VXI总结虚拟仪器是新一代仪器，是仪器的发展方向；二、PXI与VXI的比较与选择PXI总线介绍VXI总线介绍PXI与VXI选择二、PXI与VXI的比较与选择PXI总线介绍广泛的工业支持即插即用能力几千种软件支持32位数据总线传输（33MHz时钟）

(132Mbytes/sec)PCI是事实上的工业标准为什么使用PCI总线?广泛的工业支持为什么使用PCI总线?PCI总线欧洲卡封装优良的IEC连接器CompactPCI关于CompactPCI总线PCI总线欧洲卡优良的IECCompactPCI关于Com更多数量的管脚更加可靠屏蔽阻抗匹配可提供更多的扩展槽J1J2为什么采用不同的连接器?更多数量的管脚J1J2为什么采用不同的连接器?为什么采用欧卡标准?多年工业应用所证明(VME,VXI,etc.)IEEE1101标准机械性能优异模块化且结构紧凑为什么采用欧卡标准?多年工业应用所证明(VME,VXI,PXI基本构成CompactPCIPCIPXI基本构成CompactPCIPCI软件规范电气规范机械规范S规范版本：1.01997.8.20开放的PXI系统规范软件规范电气规范机械规范S规范开放的PXI系统规范机械规范冷却系统级环境规范：EMC，抗振，防尘等控制器定义在最左边的槽位上机械规范PXI环境要求PXI模块进行温度测试，推荐进行湿度、振动、冲击测试。EMC执行IEC61326-1标准，相当于GB/T18268-2000标准。PXI环境要求PXI模块进行温度测试，推荐进行湿度、振动、冲--虚拟仪器讲稿触发总线系统控制器星形触发控制器外部设备外部设备外部设备10MHz时钟132Mb/s,33MHz,32-bit计算机总线星形触发本地总线电气规范PXI总线的定时和触发提高了测试性能：触发总线系统星形触发外部设备外部设备外部设备10MHz软件规范PXI控制器必须支持标准的构件结构，其预装操作系统：WindowsNTWindows9x/2000／XP扩展模块必须提供32位的驱动程序软件规范PXI和PC软件是同样的！操作系统和应用软件不用修改即可在PXI上运行。配置工具把PXI模块识为PCI设备！！PXI和PC软件是同样的！操作系统和应用软件不用修改即电气机械软件InstrumentationExtensionsCompactPCIPCI总线欧卡标准高性能连接器组成部分系统PXI结构总结PXI构架在CompactPCI之上，定义了一个完整的测控系统结构电气机械软件InstrumentationExtensio组织目的

-提高PXI

-保证PXI可交互操作性

-控制PXI规范应用集中在测试控制领域超过50家公司成员

SystemsAlliancePXI规范组织组织目的

-提高PXI

-保证PXI可交互操作性

-控PXI系统联盟成员GenRadGespacGoepelElectronicGDESystems(Marconi)GTE-ERSInnovativeIntegrationKineticSystemsLeCroyMACPanelMENMikroElektronikTalonInstrumentsAcqirisAdvancedPowerDesignsAdvancedTestMethodsAlphiTechnologyAMPAnalogicASCORARVOOEngineeringATEMEA&TEngineeringTech.Ctr.B&BTechnologiesBittWareResearchSystemsBodeEnterprisesBRIMEC&HTechnologiesCHROMAATEDataPatternsDateppliDatumDolchComputerSystemsNationalInstrumentsPickeringInterfacesPXInstrumentTech.RacalInstrumentsRohdeandSchwarzQuantumControlsSBSGreenSpringSRCTestWareTracewellSystemsTTITestronVeroElectronics(APW)VirginiaPanelCorp.ZYNXSchroffMarekMicroERNIBallardTechnologyPXI系统联盟成员GenRadAcqirisNation小结PXI是一个完整的系统规范，它在测试与控制领域扩展了CompactPCI／PCI规范；PXI是一个被众多厂商支持的开放标准；目前有上千种产品在PXI系统中可用。小结PXI是一个完整的系统规范，它在测试与控制领域扩展了C--虚拟仪器讲稿--虚拟仪器讲稿PXI和VXI性能比较PXI和VXI性能比较

出现时间 软件支持 开发成本 使用成本VXI 1987年 少 高 高

PXI 1997年 多 低 低PXI和VXI性能比较PXI和VXI性能上的比较：

本地总线 触发线 总线速率 星形总线VXI 12lines 8TTL,2ECL 40MB/s D-sizeonly

PXI 13lines 8TTL 132MB/s 1perslot 出现时间 软件支持 开发成本 使用成本PXI和VXI性能MXIGPIBPXI系统模块模块CompactPCIPXI模块与其它标准的互联MXI-3MXIGPIBPXI系统模块模块CompactPCIPXI价格性能DesktopPCVXI模块化测试系统总线填补空白PXI定位价格性能DesktopPCVXI模块化测试系统总线填补空白PXI与VXI世界市场情况

（ByFrost）PXI与VXI世界市场情况

（ByFrost）--虚拟仪器讲稿PXI与VXI的选择从虚拟仪器的概念出发，考虑总线选择；从国内外的工业现状出发，考虑总线选择；从市场表现角度，考虑总线选择PXI与VXI的选择从虚拟仪器的概念出发，考虑总线选择；从虚拟仪器概念出发虚拟仪器概念的核心：用软件代替硬件实现测量功能；PXI总线传输速度快，有利于CPU实时处理数据；VXI速度慢，是CPU实时处理的瓶颈；根据Moore定律，从发展角度讲，应选择PXI。从虚拟仪器概念出发虚拟仪器概念的核心：用软件代替硬件实现测量从国内外仪器工业现状出发虚拟仪器技术降低了市场门栏

长期以来，我国仪器行业作出了巨大的努力，但始终没有能力与国外竞争。思考其中缘由，国外先进国家在长期的仪器发展中，形成了以知识产权为核心的技术壁垒，这个我们很难突破。也就是说，仪器市场准入门栏太高。虚拟仪器技术采用通用计算机平台，用软件算法代替硬件实现仪器功能，这使得我们可以绕过复杂的工艺问题和传统仪器的知识产权，进入一个全新的市场，与国外公司在一个全新的领域，展开竞争。我国仪器行业应抓住现在的大好时机，大力发展虚拟仪器。就能够迅速缩短我们与发达国家的差距。

从国内外仪器工业现状出发虚拟仪器技术降低了市场门栏从国内外仪器工业现状出发PXI总线研发、生产成本大大低于VXI总线我们是发展中国家，对总线的成本比较敏感，就目前的情况而言，PXI总线产品价格约为VXI产品的1/2左右。近些年，虽然有很多VXI产品在国内推广，但能够大面积应用的不多，还没有VXI直接用于武器装备的例子。一个很大的制约因素就是价格，过高的价格限制了VXI产品的推广应用。从国内外仪器工业现状出发PXI总线研发、生产成本大大低于VX从国内外仪器工业现状出发发达国家的市场退出成本较高，我们及时进入市场，能形成后发比较优势。发达国家已形成一套仪器工业体系和销售服务网络，在发展虚拟仪器方面，他们只能采用渐变的方式，逐步实现传统仪器退出市场，如果退出太快，就会造成巨大的退出成本。我们作为发展中国家，在传统仪器领域未能形成比较优势。如果我们集中力量，迅速进入下一代虚拟仪器市场，我们不存在退出成本的问题，能够迅速形成后发比较优势。略过传统仪器的发展阶段，迅速进入下一代仪器发展阶段，造成仪器技术的跨跃式发展态势。跨跃式发展模式也是发展中国家赶超发达国家的基本模式。从国内外仪器工业现状出发发达国家的市场退出成本较高，我们及时从PXI与VXI的市场表现角度出发

从PXI与VXI的市场表现角度出发从PXI与VXI的市场表现角度出发

从图中可以看出，整个虚拟仪器市场都在增长。VXI总线市场也在增长，PXI总线市场增长的速度远远超过了VXI总线，平均年增长率为37.9%。到2008年，PXI总线短短10年的发展时间，市场销售额已达到经过20年发展的VXI总线的2/3。可以预测，未来的虚拟仪器领域将是PXI总线的天下，但近6~8年间，VXI和PXI会平分天下。这是就全球虚拟仪器市场而言，就国内市场，我们可以大力发展PXI总线，形成后发比较优势。

从PXI与VXI的市场表现角度出发从图中可以看出，整个总结PXI和VXI都是成熟的工业标准；PXI与VXI的主要性能差别是总线速度；认为PXI产品性能较低，是个错误；PXI产品价格较低；近6－8年内PXI和VXI将平分天下；未来的虚拟仪器领域将是PXI的天下；我国应大力发展PXI总线产品。总结PXI和VXI都是成熟的工业标准；三、PXI虚拟仪器技术

应用实例三、PXI虚拟仪器技术

应用实例澳大利亚皇家空军

采用PXI虚拟仪器测量飞行参数澳大利亚皇家空军

采用PXI虚拟仪器测量飞行参数--虚拟仪器讲稿--虚拟仪器讲稿--虚拟仪器讲稿--虚拟仪器讲稿PXI虚拟仪器技术应用实例数字化激光弹丸速度测量系统，北京鹏博达虚拟仪器技术公司；5124厂空气炮测控系统改造，北京鹏博达虚拟仪器技术公司；虚拟仪器在航空测试中的应用，海军航空工程学院；虚拟仪器在标准电阻检定中的应用，上海市计量测试研究院；基于PXI总线的多通道瞬态测试记录系统，西北工业大学；在虚拟仪器平台上构建便携式车辆综合测试系统，太原机械学院；虚拟仪器在医学工程中的应用，广州南方医院；PXI虚拟仪器技术应用实例数字化激光弹丸速度测量系统，北京鹏PXI示波器模块

2.5GSa/sPXI示波器模块

2.5GSa/sPXI万用表模块PXI万用表模块RF信号分析

频率计、峰值功率表、时间间隔分析RF信号分析

频率计、峰值功率表、时间间隔分析任意波形发生器

300MSa/s任意波形发生器

300MSa/s多用表（Team公司）

（电压、电流、电阻、电容、电感、温度、二极管、频率、信号源）多用表（Team公司）

（电压、电流、电阻、电容、电感、温度程控电源(Team公司)

（直流30V/2A）程控电源(Team公司)

（直流30V/2A）PXI机箱(GEOTEST公司)

14slotsFor3U/6UPXI机箱(GEOTEST公司)

14slotsFor机箱

（3U）机箱

（3U）机箱＋控制器

（3U、18槽）机箱＋控制器

（3U、18槽）带显示屏机箱带显示屏机箱PXIS-2506

6槽

PXI/CompactPCI平台6CompactPCI/PXI槽自带冷却风扇可选6.4”TFTLCD和250W电源便携/墙安装/面板安装PXIS-2506

6槽PXI/CompactPCI平--虚拟仪器讲稿PXIS-2650:8-槽3UCompactPCI/PXI机箱带LCD显示PXIS-2630:8-槽3UCompactPCI/PXI机箱PXIS-2600

8-槽

PXI/CompactPCI平台PXIS-2650:8-槽3UCompactPCI/PPXIS-2700

18-槽

PXI/CompactPCI平台一个系统槽17个外围槽400W+400W冗余电源可移除的冷却风扇风扇及温度报警LEDPXIS-2700

18-槽PXI/CompactPCIPXI-2000系列PXI-20XX同步采集系列PXI-22XX64通道多功能系列PXI-20104-CH2MS/s,14-bitA/D,2-CH,1MS/s12-bitD/APXI-20054-CH500KS/s,16-bitA/D,2-CH,1MS/s12-bitD/APXI-20064-CH250KS/s,16-bitA/D,2-CH,1MS/s12-bitD/APXI-220464-CH3MS/s,12-bitA/D,2-CH,1MS/s12-bi