教学材料《LabVIEW实验与应用》-第２章

第２章总线类虚拟仪器２.６并行接口虚拟仪器２.７ＰＣＩ虚拟仪器

２.８ＶＸＩ虚拟仪器２.９ＰＸＩ虚拟仪器２.１０数据采集卡式ＤＡＱ上一页返回２.１概述２.１.１总线的基本概念总线是微机系统中广泛采用的一种技术，各种计算机设备都是由总线（接口）连接起来的。任何一个微处理系统都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将部件和每一种外围设备都分别用一组线路与ＣＰＵ直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计和系统结构，常用一组线路配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其是制定了统一的总线标准容易使不同设备间实现互连。简单来说，总线是一组信号线，是在多于２个模块（子系统或设备）间相互通信的通路，也是微处理器与外部硬件接口的核心。下一页返回２.１概述２.１.２总线的构成与分类微机中总线一般有系统总线、扩充总线和局部总线。系统总线是微处理器芯片对外引线信号的延伸或映射，是微处理器与片外存储器及Ｉ／Ｏ接口传输信息的通路。系统总线信号按功能可分为３类。地址总线（Ｗｈｅｒｅ）：指出数据的来源与去向，地址总线的位数决定了存储空间的大小。数据总线（Ｗｈａｔ）：提供模块间传输数据的路径，数据总线的位数决定微处理器结构的复杂度及总体性能。上一页下一页返回２.１概述控制总线（Ｗｈｅｎ）：提供系统操作必需的控制信号，对操作过程进行控制与定时。扩充总线亦称设备总线，用于系统Ｉ／Ｏ扩充。扩充总线与系统总线工作频率不同，经接口电路对系统总线缓冲、变换、隔离，进行不同层次的操作（ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＭＡＣ）。其主要作用是将许多Ｉ／Ｏ接口连接在一起，集中起来经桥接电路与系统总线相连，减轻系统总线的负载，提高系统性能。系统总线与扩充总线之间有专门的连接电路，它们各自工作在不同的频宽下，可适应不同工作速度的模块的需要。局部总线是在系统总线和扩充总线之间增加的一级总线或管理层。上一页下一页返回２.１概述早期的扩充总线（ＩＳＡ总线）工作频率低，不能满足像图形、视频网络接口等高速传输速率Ｉ／Ｏ设备的要求。因此，在处理器的系统总线与传统扩充总线之间插入一个总线层次，它的频率高于传统扩充总线，专门连接高速Ｉ／Ｏ设备，满足它们对传输速率的要求，这一层次的总线就是局部总线。局部总线经桥接器与系统总线、传统扩充总线相连，３个层次的总线相互隔开，各自工作在不同的频宽上，适应不同模块的需要。２.１.３总线的发展及常见类型上一页下一页返回２.１概述自ＩＢＭＰＣ问世２０余年来，随着微处理器技术的飞速发展，ＰＣ的应用领域不断扩大，随之相应的总线技术也得到不断创新，由ＰＣ／ＸＴ到ＩＳＡ、ＭＣＡ、ＥＩＳＡ、ＶＥＳＡ再到ＰＣＩ、ＡＧＰ、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ总线等。究其原因，主要是ＣＰＵ的处理能力迅速提升，但与其相连的外围设备通道带宽过窄且落后于ＣＰＵ的处理能力，这使得人们不得不改造总线，尤其是局部总线。目前，ＡＧＰ局部总线的数据传输速率可达５２９Ｍｂ／ｓ，ＰＣＩ－Ｘ可达１Ｇｂ／ｓ，系统总线传输速率也由６６Ｍｂ／ｓ到１００Ｍｂ／ｓ甚至更高的１３３Ｍｂ／ｓ、１５０Ｍｂ／ｓ。总线的这种创新促进了ＰＣ系统性能的日益提高。上一页下一页返回２.１概述随着微机系统的发展，有的总线标准仍在发展和完善，与此同时，某些总线标准也因其技术过时而淘汰。当然，随着应用技术发展的需要，也会有新的总线技术被不断研制出来，同时在竞争的市场中，不同总线还会拥有自己特定的应用领域。目前除了较为流行的ＰＣＩ、ＡＧＰ、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ等总线外，又出现了ＥＶ６总线、ＰＣＩ－Ｘ局部总线、ＮＧＩＯ总线等，它们的出现从某种程度上代表了未来总线技术的发展趋势。本章结合虚拟仪器，从仪器总线的角度来介绍ＬａｂＶＩＥＷ能调用支持的各种Ｉ／Ｏ接口设备。虚拟仪器的硬件平台主要由计算机和Ｉ／Ｏ接口设备两部分组成，用于实现数据采集、信号分析处理和信号输出显示等功能。上一页下一页返回２.１概述计算机是虚拟仪器的硬件基础，对于工业自动控制、测试与测量而言，计算机是功能强大、价格低廉的运行平台。Ｉ／Ｏ设备主要完成信号的输入、采集、放大、Ａ／Ｄ转换任务，正确驱动Ｉ／Ｏ设备是采集真实被测信号的基础。当设备被驱动后，由软件进行数据的分析处理，并由特定的程序来实现测试功能，获得测试结果。上一页返回２.２ＵＳＢ虚拟仪器ＲＳ２３２总线是最早采用的通用串行总线（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ，ＵＳＢ），最初用于数据通信上，但随着工业测控行业的发展，许多测量测试仪器都带有ＲＳ２３２串口总线接口。当今，ＰＣ则更多采用了ＵＳＢ总线和ＩＥＥＥ１３９４总线。这里简单介绍ＵＳＢ总线在虚拟仪器系统中的应用。ＵＳＢ总线具有传输速率高、支持异步和等时传输等特点，适合于大数据量、数据传输速率要求比较高的数据传输场合。基于这项技术的设计使得虚拟逻辑分析仪不需要为了实现高速的数据传输而将它设计成一种插入主板ＰＣＩ总线插槽或ＩＳＡ总线插槽的工作方式，而可以将虚拟逻辑分析仪直接连接到计算机外部设备接口。下一页返回２.２ＵＳＢ虚拟仪器它支持电源自动管理技术，这样就可以节约逻辑分析仪的能耗并提高仪器的使用寿命。同时它可以通过与计算机的通信来获得ＵＳＢ设备的配置指令，从而灵活地改变自己的外部特性，实现了智能化的接口功能。另外，它还支持多个外设共享串行总线的功能，这样可以在一台仪器的硬件设备上挂多个前端Ｉ／Ｏ接口设备，实现关键设备的资源共享，减少了成本，充分利用了ＵＳＢ传输设备的带宽资源。基于ＵＳＢ口设计的虚拟逻辑分析仪使得用户不必打开主机箱就可以安装设备，它支持真正意义上的即插即用（ｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙ）和热插拔（ｈｏｔｐｌｕｇ），甚至不需要重新启动计算机。当插入ＵＳＢ设备时，主机检测该外设并通过自动加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。上一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器目前，工程中的仪器设备种类繁多、功能各异，一个系统经常需要多台不同类型的仪器协同工作，这就需要有一种能将一系列仪器设备和计算机连成整体的接口系统。ＧＰＩＢ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｕｓ）正是这样的接口，从此电子测量由独立的、传统的单个仪器向大规模自动测试系统的方向发展。ＧＰＩＢ总线，即ＩＥＥＥ４８８通用接口总线，是ＨＰ公司在２０世纪７０年代推出的台式仪器接口总线，因此又叫ＨＰＩＢ（ＨＰＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｕｓ），１９７５年ＩＥＥＥ和ＩＥＣ确认为ＩＥＥＥ４８８和ＩＥＣ６５２标准。该标准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛的应用。下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器这种系统是在微机中插入一块ＧＰＩＢ接口卡，通过２４或２５线电缆连接到仪器端的ＧＰＩＢ接口。一块ＧＰＩＢ接口卡最多可带１４台仪器。当微机总线变化时，例如采用ＩＳＡ和ＰＣＩ等不同总线，接口卡也要随之变更，其余部分可保持不变，从而使ＧＰＩＢ系统能适应微机总线的快速变化。由于ＧＰＩＢ系统在ＰＣ出现的初期问世，所以有一定的局限性，如其数据线只有８根，传输速率最高为１Ｍｂ／ｓ，传输距离只有２０ｍ（加驱动器可达５００ｍ）等。尽管如此，它目前仍是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线。其优点包括：上一页下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器（１）ＧＰＩＢ接口编程方便，减轻了软件设计的负担，可使用高级语言编程。（２）提高了仪器设备的性能指标。利用计算机对带有ＧＰＩＢ接口的仪器实现操作和控制，可实现系统的自校准、自诊断等要求，从而提高测量精度。（３）便于将多台带有ＧＰＩＢ接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统。（４）便于扩展传统仪器。ＧＰＩＢ总线虚拟仪器测试系统Ｉ／Ｏ接口设备由ＧＰＩＢ接口卡和具有ＧＰＩＢ接口的仪器组成。上一页下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器其中ＧＰＩＢ接口卡完成ＧＰＩＢ总线和微机的ＩＳＡ或ＰＣＩ总线的连接。ＧＰＩＢ接口的仪器是一个独立的仪器，可以结合ＧＰＩＢ接口卡、微机构成ＧＰＩＢ虚拟测试系统，也可以作为独立的单台仪器使用，使用前需安装ＧＰＩＢ接口卡驱动。ＧＰＩＢ子模块的调用途径是“Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ”→“ＡｌｌＦｕｎｃｔｉｏｎｓ”→“ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＩ／Ｏ”→“ＧＰＩＢ”，如图２.３.１所示。ＧＰＩＢ总线控制有许多命令，对一般的工程应用而言，没有必要理解这些命令，下面就一些常用的子ＶＩ及其端口进行介绍。上一页下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器（１）ＧＰＩＢＩｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ.ｖｉ：对ＧＰＩＢ设备进行初始化，其图标及端口定义如图２.３.２所示。ｒｅｑｕｉｒｅｒｅａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ（Ｔ）：如果该项为真，则ＧＰＩＢ仪器每次读写后需要更新地址号；如果为假，则保留原有地址号。ａｓｓｅｒｔＲＥＮｗｉｔｈＩＦＣ（Ｔ）：如果该项为真，并且控制器是系统控制器时，ＧＰＩＢ发送一个远程信号。ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（Ｔ）：如果该项为真，ＧＰＩＢ作为系统控制器使用。上一页下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器ａｄｄｒｅｓｓｓｔｒｉｎｇ：设置使用的ＧＰＩＢ控制器地址，默认值为主ＧＰＩＢ控制器的配置地址，通常为０。如果只有一个控制器，则该项无须设置。ＩＳＴｂｉｔｓｅｎｓｅ（Ｔ）：如果该项为真，设备的独立状态位响应ＴＲＵＥ，否则响应ＦＡＬＳＥ。（２）ＧＰＩＢＲｅａｄ.ｖｉ：从ＧＰＩＢ设备读取数据，其图标及端口定义如图２.３.３所示。ｅｒｒｏｒｉｎ：输入错误代码。ｔｉｍｅｏｕｔｍｓ：操作的限时。如果未在该时间段完成，操作终止。上一页下一页返回２.３ＧＰＩＢ虚拟仪器ｂｙｔｅｃｏｕｎｔ：设置读取的字节数。ａｄｄｒｅｓｓｓｔｒｉｎｇ：输入ＧＰＩＢ仪器的地址，可使用ｐｒｉｍａｒｙ＋ｓｅｃｏｎｄａｒｙ的形式输入主次两个地址。ｄａｔａ：从ＧＰＩＢ仪器读取的数据。（３）ＧＰＩＢＷｒｉｔｅ.ｖｉ：向ＧＰＩＢ设备写入数据或命令，其图标及端口定义如图２.３.４所示。ｄａｔａ：向ＧＰＩＢ仪器写入的数据。ｓｔａｔｕｓ：一个１６位布尔型数组，每一位都描述了ＧＰＩＢ控制器的状态。例如超时，操作终止，则第１４位置为ＴＲＵＥ。（４）ＧＰＩＢＣｌｅａｒ.ｖｉ：结束ＧＰＩＢ设备的数据读写，其图标及端口定义如图２.３.５所示。上一页返回２.４ＩＥＥＥ１３９４接口虚拟仪器２.４.１ＩＥＥＥ１３９４概述１９９５年美国电气和电子工程师学会（ＩＥＥＥ）制定了ＩＥＥＥ１３９４标准，它是一个串行接口，但它能像并联ＳＣＳＩ接口一样提供同样的服务，而其成本低廉。它的特点是传输速度快，现在确定为４００Ｍｂ／ｓ，以后可望提高到８００Ｍｂ／ｓ、１.６Ｇｂ／ｓ、３.２Ｇｂ／ｓ，所以传送数字图像信号也不会有问题。用电缆传送的距离现在是４.５ｍ，进一步要扩展到５０ｍ。目前，在实际应用中，当使用ＩＥＥＥ１３９４电缆时，其传输距离可以达到３０ｍ；而在使用ＮＥＣ研发的多模光纤适配器时，使用多模光纤的传输距离可达５００ｍ。上一页下一页返回２.４ＩＥＥＥ１３９４接口虚拟仪器在２０００年春季正式通过的ＩＥＥＥ１３９４—２０００中，最大数据传输速率可达到１.６Ｇｂ／ｓ，相邻设备之间连接电缆的最大长度可扩展到１００ｍ。２.４.２ＩＥＥＥ１３９４的特点ＩＥＥＥ１３９４的特点可以归结如下：（１）高速率。（２）实时性。上一页下一页返回２.４ＩＥＥＥ１３９４接口虚拟仪器（３）采用细缆，便于安装。（４）总线结构。（５）热插拔。（６）即插即用。上一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器２.５.１ＲＳ２３２串行接口标准ＲＳ２３２是美国电子工业联盟（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｄｕｓｔｒｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是ＥＩＡ－ＲＳ－２３２（简称２３２或ＲＳ２３２）。ＲＳ２３２标准中，字符是以一系列的比特串一个接一个地以串行方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。机械特性：ＲＳ２３２标准采用的接口是９针或２５针的Ｄ型插头，常用的一般是９针插头，如图２.５.１所示。ＲＳ２３２Ｃ标准接口有２５根线，常用的只有９根，它们是：下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器（１）接收线信号检出（ＲｅｃｅｉｖｅｄＬｉｎｅＳｉｇｎａｌＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＲＬＳＤ）——用来表示ＤＣＥ已接通通信链路，告知ＤＴＥ准备接收数据。当本地的ＭＯＤＥＭ收到由通信链路另一端（远地）的ＭＯＤＥＭ送来的载波信号时，使ＲＬＳＤ信号有效，通知终端准备接收，并且由ＭＯＤＥＭ将接收下来的载波信号解调成数字数据后，沿接收数据线ＲＸＤ送到终端。此线也叫作数据载波检出（ＤａｔａＣａｒｒｉｅｒＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＤＣＤ）线。（２）接收数据（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔａ，ＲＸＤ）——通过ＲＸＤ线终端接收从ＭＯＤＥＭ发来的串行数据（ＤＣＥ→ＤＴＥ）。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器（３）发送数据（ＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｄＤａｔａ，ＴＸＤ）———通过ＴＸＤ终端将串行数据发送到ＭＯＤＥＭ（ＤＴＥ→ＤＣＥ）。（４）数据终端准备好（ＤａｔａＳｅｔＲｅａｄｙ，ＤＴＲ）———有效时（ＯＮ）状态，表明数据终端可以使用。（５）地线－ＧＮＤ。（６）数据装置准备好（ＤａｔａＳｅｔＲｅａｄｙ，ＤＳＲ）———有效时（ＯＮ）状态，表明通信装置处于可以使用的状态。（７）请求发送（ＲｅｑｕｅｓｔｔｏＳｅｎｄ，ＲＴＳ）———用来表示ＤＴＥ请求ＤＣＥ发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ＯＮ状态），向ＭＯＤＥＭ请求发送。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器它用来控制ＭＯＤＥＭ是否要进入发送状态。（８）清除发送（ＣｌｅａｒｔｏＳｅｎｄ，ＣＴＳ）———用来表示ＤＣＥ准备好接收ＤＴＥ发来的数据，是对请求发送信号ＲＴＳ的响应信号。当ＭＯＤＥＭ已准备好接收终端传来的数据并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线ＴＸＤ发送数据。（９）振铃指示（Ｒｉｎｇｉｎｇ，ＲＩ）———当ＭＯＤＥＭ收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ＯＮ状态），通知终端，已被呼叫。２.５.２ＲＳ２３２的电气特性在ＴＸＤ和ＲＸＤ上：逻辑１（ＭＡＲＫ）＝－３～－１５Ｖ；逻辑０（ＳＰＡＣＥ）＝３～１５Ｖ。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器在ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＳＲ、ＤＴＲ和ＤＣＤ等控制线上：信号有效（接通，ＯＮ状态，正电压）＝３～１５Ｖ；信号无效（断开，ＯＦＦ状态，负电压）＝－３～－１５Ｖ。以上规定说明了ＲＳ２３２Ｃ标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码），逻辑１（传号）的电平低于－３Ｖ，逻辑０（空号）的电平高于＋３Ｖ；对于控制信号，接通状态（ＯＮ）即信号有效的电平高于３Ｖ，断开状态（ＯＦＦ）即信号无效的电平低于－３Ｖ，也就是当传输电平的绝对值大于３Ｖ时，电路可以有效地检查出来，介于－３～３Ｖ的电压无意义，低于－１５Ｖ或高于１５Ｖ的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±（３～１５）Ｖ。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器用ＲＳ２３２总线连接系统时有近程通信方式和远程通信方式两种，近程通信是指传输距离小于１５ｍ的通信，可以用ＲＳ２３２电缆直接连接；１５ｍ以上的长距离通信，需要采用调制调解器。ＲＳ２３２的不足主要有以下四点：（１）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与ＴＴＬ电平不兼容，故需使用电平转换电路才能与ＴＴＬ电路连接。（２）传输速率较低，异步传输时，波特率为２０Ｋｂ／ｓ。（３）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器（４）传输距离有限，最大传输距离标准值为５０英尺①，实际上也只能用在５０ｍ左右。２.５.３ＲＳ４２２电气规定由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比ＲＳ２３２更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接１０个节点。即一个主设备（Ｍａｓｔｅｒ），其余为从设备（Ｓａｌｖｅ），从设备之间不能通信，所以ＲＳ４２２支持点对多的双向通信。ＲＳ４２２四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必需的信号交换均可以按软件方式（ＸＯＮ／ＸＯＦＦ握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器ＲＳ４２２的最大传输距离为４０００英尺（约1219ｍ），最大传输速率为１０Ｍｂ／ｓ。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在１００Ｋｂ／ｓ速率以下才可能达到最大传输距离，只有在很短的距离下才能获得最高传输速率。一般100ｍ长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为１Ｍｂ／ｓ。ＲＳ４２２需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时无须终接电阻，即一般在３００ｍ以下无须终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。２.５.４ＲＳ４８５接口标准ＲＳ４８５采用差分信号负逻辑，２～６Ｖ表示“０”，－６～－２Ｖ表示“１”。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器ＲＳ４８５有二线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用二线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接３２个节点。在ＲＳ４８５通信网络中，一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接ＲＳ４８５通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“Ａ”“Ｂ”端连接起来，而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患。主要有两个原因：（１）共模干扰问题：ＲＳ４８５接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，ＲＳ４８５收发器共模电压范围为－７～１２Ｖ，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。（２）ＥＭＩ问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就像一个巨大的天线向外辐射电磁波。ＰＣ默认只带有ＲＳ２３２接口，有以下两种方法可以得到ＰＣ上位机的ＲＳ４８５电路：上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器（１）通过ＲＳ２３２／ＲＳ４８５转换电路将ＰＣ串口ＲＳ２３２信号转换成ＲＳ４８５信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。（２）通过ＰＣＩ多串口卡，可以直接选用输出信号为ＲＳ４８５类型的扩展卡。２.５.５ＲＳ４８５电气规定由于ＲＳ４８５是从ＲＳ４２２基础上发展而来的，所以ＲＳ４８５的许多电气规定与ＲＳ４２２相仿，如都采用平衡传输方式及都需要在传输线上接终接电阻等。ＲＳ４８５可以采用二线制与四线制，二线制可实现真正的多点双向通信。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器ＲＳ４８５总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用ＲＳ４８５串行总线标准。ＲＳ４８５采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至２００ｍＶ的电压，故传输信号能在上千米以外得到恢复。ＲＳ４８５采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路需由使能信号加以控制。ＲＳ４８５用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用ＲＳ４８５可以联网构成分布式系统，其允许最多并联３２台驱动器和３２台接收器。上一页下一页返回２.５ＲＳ２３２／ＲＳ４８５接口虚拟仪器ＲＳ４８５与ＲＳ４２２的不同还在于其共模输出电压是不同的，ＲＳ４８５是－７～１２Ｖ，而ＲＳ４２２是－７～７Ｖ；ＲＳ４８５满足所有ＲＳ４２２的规范，所以ＲＳ４８５的驱动器可以在ＲＳ４２２网络中应用。ＲＳ４８５与ＲＳ４２２一样，其最大传输距离约为１２１９ｍ，最大传输速率为１０Ｍｂ／ｓ。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在１００Ｋｂ／ｓ速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高传输速率，一般１００ｍ长双绞线最大传输速率仅为１Ｍｂ／ｓ。上一页返回２.６并行接口虚拟仪器２.６.１概述通常所说的并行接口一般称为Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ接口，也称为ＩＥＥＥ１２８４，最早由ＣｅｎｔｒｏｎｉｃｓＤａｔａＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司在２０世纪６０年代中期制定。当初，Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ接口是为点阵行式打印机设计的并行接口，１９８１年被ＩＢＭ公司采用，后来成为ＩＢＭＰＣ的标准配置。它采用了当时主流的ＴＴＬ电平，每次单向并行传输１字节（８ｂｉｔ）数据，速度高于当时的串行接口（每次只能传输１ｂｉｔ），获得广泛应用，成为打印机的接口标准。下一页返回２.６并行接口虚拟仪器１９９１年，Ｌｅｘｍａｒｋ、ＩＢＭ、ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ等公司为扩大其应用范围而与其他接口竞争，改进了Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ接口，使它能够实现更高速的双向通信，以便能连接磁盘机、磁带机、光盘机、网络设备等计算机外部设备（简称外设），最终形成了ＩＥＥＥ１２８４—１９９４标准，全称为“ＳｔａｎｄａｒｄＳｉｇｎａｌｉｎｇＭｅｔｈｏｄｆｏｒａＢｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＰａｒａｌｌｅｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒｓ”，数据率从１０ＫＢ／ｓ提高到可达２ＭＢ／ｓ（１６Ｍｂ／ｓ）。上一页下一页返回２.６并行接口虚拟仪器但事实上这种双向并行通信并没有获得广泛使用，并行接口仍主要用于打印机和绘图仪，其他方面只有少量设备应用，这种接口一般被称为打印接口或ＬＰＴ接口。２.６.２分类在ＩＥＥＥ１２８４标准中定义了多种并行接口模式，常用的有以下三种：ＳＰＰ（ＳｔａｎｄａｒｄＰａｒａｌｌｅｌＰｏｒｔ）：标准并行接口。ＥＰＰ（ＥｎｈａｎｃｅｄＰａｒａｌｌｅｌＰｏｒｔ）：增强并行接口。上一页下一页返回２.６并行接口虚拟仪器ＥＣＰ（ＥｘｔｅｎｄｅｄＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓＰｏｒｔ）：扩展功能并行接口。这几种模式因硬件和编程方式的不同，传输速度可以从５０Ｋｂ／ｓ到２ＭＢ／ｓ不等。一般用以从主机传输数据到打印机、绘图仪或其他数字化仪器的接口，是一种称为Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ的３６针弹簧式接口（通常主机上是２５针Ｄ型接口，打印机上是３６针Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ接口）。ＩＥＥＥ１２８４标准规定了３种连接器，分别称为Ａ、Ｂ、Ｃ型。（１）Ａ型。上一页下一页返回２.６并行接口虚拟仪器２５ＰＩＮＤＢ－２５连接器，只用于主机端。ＤＢ－２５孔型插座（也称ＦＥＭＡＬＥ或母头）用于ＰＣ上，外形如图２.６.２所示。这种Ａ型的ＤＢ－２５针型插头（也称ＭＡＬＥ或公头），外形如图２.６.３所示，因为尺寸较小，有少数小型打印机（如ＰＯＳ机打印机等）使用（非标准使用），但电缆要短。（２）Ｂ型。３６ＰＩＮ０.０８５ｉｎ①间距的Ｃｈａｍｐ连接器，带卡紧装置，也称Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ连接器，只用于外设，外形如图２.６.４所示。上一页下一页返回２.６并行接口虚拟仪器３６ＰＩＮＣｅｎｔｒｏｎｉｃｓ插座（ＳＯＣＫＥＴ或ＦＥＭＡＬＥ），用于打印机上，其外形如图２.６.５所示。（３）Ｃ型。新增加的Ｍｉｎｉ－Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ３６ＰＩＮ连接器，也称为Ｈａｌｆ－ＰｉｔｃｈＣｅｎｔｒｏｎｉｃｓ３６Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ（ＨＰＣＮ３６），或者称为ＭＤＲ３６，外形如图２.６.６所示。３６ＰＩＮ０.０５０ｉｎ间距的连接器，带夹紧装置，既可用于主机，也可用于外设，应用还不够普遍，因有竞争力的新的接口标准的不断出现，普及应用很难。新接口还增加了两个信号线ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＬｏｇｉｃＨｉｇｈ和ＨｏｓｔＬｏｇｉｃＨｉｇｈ，通过电缆能检测到另一端是否打开电源。上一页返回２.７ＰＣＩ虚拟仪器利用ＰＣ作为数据采集平台，通过ＰＣ的数据总线将采集到的数据高速传输到ＰＣ内存中，是实现采集系统数据存储的有效手段，也是虚拟仪器系统的重要支撑。随着ＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）、多媒体等技术在ＰＣ上的应用，传统的ＰＣ总线如ＩＳＡ由于其带宽、位数等的限制，已不能满足系统工作的要求而逐渐被淘汰，新型主板和高版本操作系统已不再支持ＩＳＡ等总线。ＰＣＩ总线作为外部元件互连总线，被认为是最可靠、最灵活、高速的方案，具有众多独特的优点，使得大多数媒体插卡和数据采集卡都挂在ＰＣＩ总线上。如今购买ＰＣ而没有ＰＣＩ插槽是不可想象的。下一页返回２.７ＰＣＩ虚拟仪器对于基于计算机的测试仪器，ＰＣＩ总线为应用计算机到新的测试仪器，即满足在插卡和系统存储中高速传输数据的要求提供了很好的途径。这种方式借助于插入ＰＣ中的数据采集卡和ＬａｂＶＩＥＷ组合，完成具体的数据采集和处理任务。它充分利用了ＰＣ的总线、机箱和电源等硬件资源以及丰富的软件资源。其关键还在于Ａ／Ｄ转换技术，即模／数转换的精度和速度。特点包括：（１）ＰＣＩ总线是一种靠近系统处理器的局部总线，所以有很高的传输速率。上一页下一页返回２.７ＰＣＩ虚拟仪器（２）独立于ＰＣ的系统处理器，不受ＰＣ的微处理器性能和速度的影响。（３）ＰＣＩ总线为３２位，可扩展为６４位，由于采用地址、数据总线复用的结构，减少了管脚个数和ＰＣＩ部件的封装尺寸，从而使板卡小型化，方便嵌入计算机系统中。（４）具有即插即用功能，支持即插即用的操作系统，能够自动配置参数并支持ＰＣＩ总线扩展板，使用方便。（５）ＰＣＩ部件的驱动程序可以跨平台，兼容性好。ＰＣＩ总线虚拟测试系统主要是由ＰＣＩ数据采集卡获取数据，通常也叫作ＰＣＩ－ＤＡＱ卡式虚拟仪器。上一页下一页返回２.７ＰＣＩ虚拟仪器将数据采集卡插入ＰＣ的标准总线扩展槽内，安装驱动程序，并在“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ”中设置采集卡属性。ＰＣＩ数据采集子模板的调用途径是“Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ”→“ＡｌｌＦｕｎｃｔｉｏｎｓ”→“ＮＩＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”→“ＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ”。上一页返回２.８ＶＸＩ虚拟仪器ＶＸＩ（ＶＭＥＢｕｓｅＸｔｅｎｓｉｏｎｓｆｏｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）总线是高速ＶＭＥ计算机总线在仪器领域中的扩展，由ＨＰ等公司于１９８７年提出，１９９２年成为ＩＥＥＥ１１５５标准。在该系统中，围绕机械、电气、控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、Ｉ／Ｏ控制，乃至机箱、印刷电路板的结构、通风散热等都作了详细的规定，使不同厂家的ＶＸＩ总线产品相互兼容。１９９５年，ＶＸＩ总线联合体将计算机网络传输控制协议（ＴＣＰ）和网络协议（ＩＰ）作为ＶＸＩ总线１.４版本的补充规范，这样基于ＶＸＩ总线的自动测试系统可直接与计算机系统联网，作为网络内的测量服务器，共享网络资源，执行测量作业。下一页返回２.８ＶＸＩ虚拟仪器ＶＸＩ系统综合了计算机技术、ＧＰＩＢ技术、ＰＣ仪器技术、接口技术、ＶＭＥ总线和模块化结构技术的成果，１９９８年修订的ＶＸＩ２０版本规范采用了ＶＭＥ总线的最新进展，提供了６４位扩展能力，数据传输速率最高可达８０Ｍｂ／ｓ。ＶＸＩ系统中最多可包含２５６个器件（装置），可组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含１３个插入式模块，插入同一个机箱内，在组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合，具有其他仪器无法比拟的优势。ＶＸＩ总线支持即插即用，人机界面良好，资源利用率高，容易实现系统集成，大大缩短了研制周期，且便于升级和扩展。不足之处是ＶＸＩ系统的成本相对较高。上一页下一页返回２.８ＶＸＩ虚拟仪器ＶＸＩ总线虚拟仪器因其集成化、标准化、快速的数据传输能力和良好的电磁兼容性而迅速发展，将会成为未来计算机仪器发展的主流。ＶＸＩ虚拟测试系统由ＶＸＩ机箱、ＶＸＩ零槽控制器、ＶＸＩ模块组成。这里零槽控制器是插入ＶＸＩ机箱最左边的插槽，并与背板总线直接相连的嵌入式计算机，控制整个ＶＸＩ系统，同时把ＶＸＩ模块直接插入ＶＸＩ机箱。上一页下一页返回２.８ＶＸＩ虚拟仪器另外，ＶＸＩ总线系统还可以采用外挂方案与普通ＰＣ相连，可以通过ＩＥＥＥ１３９４高速串行总线将基于ＰＣＩ总线的计算机与ＶＸＩ－１３９４套件连接，这样等效于嵌入式控制器，并直接映射ＶＸＩ内存空间；也可以通过插入计算机的ＧＰＩＢ接口卡、位于ＶＸＩ零槽的ＧＰＩＢ－ＶＸＩ模块相连，这样等效于ＧＰＩＢ总线，传输速率低；还可以通过插入计算机的ＰＣＩ－ＭＸＩ－２接口卡、位于ＶＸＩ零槽的ＶＸＩ－ＭＸＩ－２模块相连，这样等效于嵌入式控制器，并直接映射ＶＸＩ内存空间，可实现多机箱扩展。上一页返回２.９ＰＸＩ虚拟仪器ＰＸＩ总线是１９９７年美国ＮＩ公司发布的一种高性能、低价位的开放性、模块化仪器总线。ＰＸＩ是ＰＣＩ在仪器领域的扩展（ＰＣＩｅＸｔｅｎｓｉｏｎｓｆｏｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ），是用于自动测试系统机箱底板总线的规范，在机械结构方面与ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线的要求基本相同，不同的是ＰＸＩ总线规范对机箱和印刷电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁兼容性和通风散热等提出了要求，与ＶＸＩ总线的要求非常相似。在电气方面，ＰＸＩ系统完全与ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线兼容，所不同的是ＰＸＩ总线为适应测控仪器、设备或系统要求，增加了系统参考时钟、触发总线、星型触发器和局部总线等内容。下一页返回２.９ＰＸＩ虚拟仪器除了ＰＸＩ系统具有多达８个插槽（１个系统槽和７个仪器模块槽），而绝大多数台式ＰＣＩ系统仅有３个或４个ＰＣＩ插槽这点差别之外，ＰＸＩ总线与台式ＰＣＩ规范具有完全相同的ＰＣＩ性能。利用ＰＣＩ－ＰＣＩ桥接技术扩展多台ＰＸＩ系统，可以使扩展槽的数量在理论上最多达到２５６个。ＰＸＩ将ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ和Ｗｉｎｄｏｗｓ９５定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都带有按ＶＩＳＡ规范编写的Ｗｉｎ３２设备驱动程序，使ＰＸＩ成为一种系统级规范，保证系统易于集成和使用，从而进一步降低用户的开发费用，所以在数据采集、工业自动化系统、计算机机械光测系统和图像处理等方面获得了广泛应用。上一页下一页返回２.９ＰＸＩ虚拟仪器简单地说，ＰＸＩ体系结构是以国内最普及的ＰＣＩ总线为基础的体系结构，由于其总线吞吐率极高、硬件的价格较低，被业内人