智能仪器与自动测量技术（精）_职业技术培训_职业教育_教育园区
第10章智能仪器和自动测量技术第10章智能仪器和自动测量技术10.1智能仪器和自动测量技术的发展历史10.2智能仪器和个人仪器10.3自动测试系统10.4虚拟仪器10.5网络仪器和远程测控技术的思考问题10第10章智能仪器和自动测量技术10.1智能仪器和自动测量技术的发展历史1.独立和专用系统阶段1970年代，随着微电子技术的发展和微处理器的普及，以及计算机技术和电子测量技术的结合，出现了基于微处理器的智能仪器。它具有键盘操作，数字显示，数据存储和简单计算等功能，并可以实现自动测量，例如智能DVM，智能RLC测量仪，智能电子计数器，智能半导体测试仪等。第10章智能仪器和自动测量技术2.在1970年代后期，出现了标准化的通用接口总线，因此GPIB和VXI等仪器系统总线可用于将计算机和若干电子测量仪器连接在一起，从而构成自动测试系统。在此自动测试系统中，每个设备都被标记。在这些仪表总线中，最具代表性的是GPIB总线和VXI总线。 GPIB总线由惠普公司（HP，安捷伦的前身）于1972年推出，后来被电气和电子工程师协会（IEEE）和国际电工委员会（IEC）接受，也称为IEEE-488公共汽车。
第10章智能仪器和自动测量技术3.基于PC的仪器平台在1980年代，计算机，尤其是个人计算机已得到广泛普及和应用。在电子测量领域，计算机与仪器之间的关系也在发生变化。在早期的自动测量系统中，仪器占据主要位置，计算机系统起辅助作用。当涉及到GPIB仪器和VXI仪器阶段时，计算机系统变得越来越重要和占主导地位。基于这种趋势，出现了“计算机就是仪器”测试仪器的新概念，从而诞生了个人仪器和虚拟仪器。个人仪器以个人计算机为核心，辅以仪器电路板和扩展箱，并连接到个人计算机的内部总线。在应用软件的控制下，测试和测量任务一起完成。第10章智能仪器和自动测量技术10.210.2. 1智能仪器是计算机技术和电子测量仪器紧密集成的产物。它们包含微型计算机或微处理器，并且可以遵循预定的程序。一种测量仪，执行一系列测量测试，并具有存储，计算，分析和判断测量数据，接口输出和自动操作的功能。第10章智能仪器和自动测量技术1.仪器和微处理器的结合使软件可以替代许多传统的硬件逻辑，从而实现了更小尺寸，更高集成度，更直观便捷的智能显示和操作，更有效的数据存储处理和通讯。与传统仪器相比，智能仪器具有以下突出特点：（1）以软件为核心，具有强大的控制能力。
（2）具有强大的数据存储和处理功能。（3）实现仪器功能的多样化。（4）智能和高度自动化。第10章智能仪器和自动测量技术2.智能仪器实践上面是一个专用的微机系统，由硬件和软件两部分组成1）智能仪器的硬件部分主要包括CPU，存储器，内部总线，各种I / O接口，通信接口和人机界面。机器接口（键盘，开关，按钮，显示屏）等，如图1所示0.1.第10章智能仪器和自动测量技术CPU BUS存储器I / OI / OI / OI / O标准仪器接口的测试电压A / D转换器D / A转换器键盘显示仪器总线输入和输出通道输入电路输出电路图10.1智能仪器的基本结构第10章智能仪器和自动测量技术2）智能仪器的软件是其灵魂，整个测量工作是在软件的控制下进行的。没有软件，智能仪器将无法工作。软件是智能仪器自动化和智能程度的主要指标。智能仪器的软件部分主要包括两部分：监控程序和界面管理程序。 No.第十章智能仪器和自动测量技术10.2. 2图10.2显示了一种混合个人仪器结构，其中，仪器卡插入微型计算机内部的扩展槽中，而插入盒则位于外部微型计算机。第10章智能仪器和自动测量技术个人计算机内部总线仪器插件卡仪器插件卡图10.2个人仪器系统的组成第10章智能仪器和自动测量技术10.310.3. 1通常，自动测试系统包括以下五个部分：（1）控制器：主要是计算机，例如小型计算机，个人计算机，微处理器，单片机等，是计算机的命令和控制中心。系统。
（2）程控仪器和设备：包括各种程控仪器，激励源，程控开关，程控伺服系统，致动器以及用于显示，打印和存储记录的设备， （3）总线和接口：这是连接控制器和每个程序控制的仪器和设备的通道，并完成消息，命令和数据（包括插件）的传输和交换卡，插槽和电缆。第10章智能仪器和自动测量技术（4）测试软件：已编译以完成系统测试任务并在控制器上运行的各种应用程序软件，例如主测试程序，驱动程序，数据处理程序和输入/输出软件。（5）被测对象：在不同的测试任务下，被测对象通常非常不同，并且操作员连接到程序第10章智能仪器和自动测量技术GPIB总线GPIB接口计算机GPIB接口频率合成器GPIB接口DMMGPIB接口频率计GPIB接口被测打印机设备图10.3典型GPIB自动测试系统第10章智能仪器和自动测量技术10.3. 2 1. GPIB总线GPIB总线由惠普（HP，安捷伦的前身）于1972年推出，后来被研究所采用。电气和电子工程师（IEEE）和国际电工委员会（IEC）的简称，也称为IEEE-488总线。
GPIB总线的结构和连接如图10.4所示。第10章智能仪器和自动测量技术IFC ATN EOI REN SRQ DAV NRFD NDAC DIO1 DIO8接口部分控制/扬声器/监听器（计算机）接口部分监听器/扬声器（测量仪器）接口部分监听器（信号源）接口部分监听器（记录器）仪器设备接口仪器设备自身接口管理控制线数据挂钩连接线数据总线通用接口总线...用户编程DUT硬拷贝图10.4 GPIB标准接口总线系统结构与连接第10章智能仪器与自动测量技术如图10.5所示。在GPIB标准接口总线系统中，为了进行有效的通信，至少有三种类型的设备：“扬声器”，“监听器”和“控制器”。控制器，扬声器和监听器被称为系统功能的三个要素。第10章智能仪表和自动测量技术仪表功能接口功能总线接口消息仪表消息接口功能仪表功能图10.5 GPIB接口消息和仪表消息第10章智能仪表和自动测量技术2. VXI主要特点：（[ 1）测试仪器是模块化的，VXI系统的所有组件均采用插入式结构，并以VME总线作为机箱的主板总线插入机箱中，插件和主机架的尺寸插件符合严格要求。
VXI总线仪器的主要机架结构图如图10.6所示。第10章智能仪器和自动测量技术12层印刷电路板电源P1连接器上轨P 2连接器风扇下轨C尺寸插件B尺寸插件空调孔B尺寸插件架冷空气支架10.6 VXI总线仪器的主机结构图第10章智能仪器和自动测量技术（2）具有32位数据总线，具有较高的数据传输速率。主板总线在功能上等同于与GPIB总线相连的功能）。独立的仪器，但具有更高的性能该控制器还被制成插入式卡，可连接到主板总线，以调度和控制总线上的各种活动，基本总线数据传输速率为40 Mb / s，这要高得多。 （3）该系统具有较高的可靠性和良好的可维护性。基于VXI总线构建的系统具有结构紧凑，体积小，重量轻的特点。保证了连接和控制关系，有利于提高系统的可靠性和可维护性。第10章智能仪器和自动测量技术（4）良好的电磁兼容性。在VXI总线的设计和标准的制定中，充分考虑了电源，冷却系统和系统的电磁兼容性。由于背板上的信号传输，延迟和同步等对每个指标都有严格的标准，所有VXI总线都集中在高质量的多层印刷电路板上，从而确保了VXI的高精度，稳定性和可靠性。总线系统；以及频率带宽自动测量设备，从直流到微波都有各种仪器模块。
（5）通用性强，标准化程度高。不仅硬件标准化，而且软件标准化。软件的可维护性和可扩展性都很好。这就是VXI总线优于其他总线的原因是快速发展的重要因素。第10章智能仪器和自动测量技术（6）适应性，灵活性和兼容性。B，C，D机架有三种规格，A，B，C，D模块有四种规格供用户选择；支持8位，16位，24位和32位数据传输系统构建者可以根据需要选择不同的制造商和不同类型的设备进行组合，从而灵活方便地构建高度适应性强的自动测试系统为了充分利用资源，VXI总线开发了用于与其他总线系统连接和转换的模块，这使得VXI总线系统具有非常广泛的兼容性，并且可以与其他总线系统协同工作。 h任何总线系统仪器或系统。 VXI系统在计算机控制下自动测试系统。图10.7是带有C型主机架的HP75000 VXl仪器系统的示意图。第10章智能仪器和自动测量技术指令模块VXI总线主机功率计数字万用表函数发生器计数器数字转换器RF开关模拟开关模拟矩阵开关数字设备为其他VXI系统定制的模板GPIB仪器软面板GPIB和被测设备之间的DUT信号测试（DUT）接口连接组件（IT A）图10.7 HP75000 VXI仪器系统图第10章智能仪器和自动测量技术3. PXI总线1） PXIPXI总线是PCI总线的增强和扩展，并且与现有的行业标准Compact PCI兼容。
2） PXI为了充分挖掘PXI在提供高度集成的测量和控制平台方面的潜力，PXI使用开放软件体系结构来定义连接到不同类型硬件的通用接口。第10章智能仪器和自动测量技术10.410.4.1 1.虚拟仪器（简称VI）是通过电子测量技术和计算机技术的紧密结合而产生的一种新的仪器模型。通用计算机用作核心硬件平台，相应的硬件模块用作信号输入/输出接口。仪器软件开发平台用于虚拟化仪器面板和计算机屏幕上的相应功能，并通过鼠标或键盘仪器的交互操作完成相应的功能，以完成测试和测量任务。第10章智能仪器和自动测量技术2.与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下特征：（1）它是功能上而非物理上的仪器，并且结合了硬件的强大硬件资源。计算机。（2）强调了“软件就是仪器”的新概念，软件在以前由硬件甚至整个机器实现的仪器中发挥了作用。（3）友好的图形用户界面，可以实现人机交互（4）更新速度快，可维护性好。（5）采用模块化结构，系统具有良好的开放性和可扩展性。第十章智能仪器和自动测量技术10.4.2虚拟仪器1.虚拟仪器的硬件结构如图10.8所示。数据收集是通过输入/输出接口设备完成的。
输入/输出接口设备可以是各种基于PC的内置数据采集插件卡，通用接口总线（GPIB）卡，串行端口，VXI或PXI总线接口模块以及其他设备，或其他各种可编程的外部测试设备构成具有标准架构的虚拟仪器，例如DAQ，GPIB，VXI，PXI等。最常见的一种是数据采集（DAQ）卡。第10章智能仪器和自动测量技术采集与控制采集与控制仪器硬件仪器硬件SC X S1C I1 -S 1 C 4 1 X 0 S 0I0 1 X 111 C 4 S 0I1 X 40 C 1 IX 4PC PC或工作站工作站温度其他我们在T纸上安装的分析和表达分析及表达应用程序软件手臂OPC入门和应用软件nsS 1C 1X 0 0I M SC AX IN I F0IRAMEDAQ DAQ产品串行端口仪器串行仪器工业流程工业流程GPIB仪器GPIB仪器测试单元测试单元N IN？ SAT TIO RUNMA BU N N应用软件软件TSVXI仪器VXI仪器图10.8虚拟仪器硬件架构第10章智能仪器和自动测量技术将多个DAQ功能模块连接到PC计算机自动测量设备，并与相应的软件配合使用形成具有多种功能的PC仪器，例如示波器，数字万用表，串行数据分析仪，动态信号分析仪，任意波形发生器等，如图10.9所示。
第10章智能仪器和自动测量技术ͼ10.9 PC-DAQϵͳ第10章智能仪器和自动测量技术2.硬件平台是虚拟仪器的基础，而仪器软件是其核心。确定基本硬件后，如果虚拟仪器具有用户定义的功能和接口，则它必须具有功能强大的仪器软件。 VXI总线虚拟仪器的软件结构图如图10.10所示，包括三个部分：应用软件开发环境，仪器驱动程序和VISA API。第10章智能仪器和自动测量技术应用软件开发环境应用软件包编程语言（Visual C ++或Visual Basic等）仪器驱动程序VISA API交互式控制工具资源编辑器资源管理器VXI功能库图10.10虚拟仪器软件结构第10章智能仪器和自动测量技术3.当前，市场上有许多面向工程的虚拟仪器软件开发平台，可以将其大致分为两类：一类是图形化编程环境，例如原始的HP VEE和NI LabVIEW；另一类是传统的编程语言编程环境，例如NI LabWindows / CVI，Microsoft Visual C，VisualBasic等。第10章智能仪器和自动测量技术1） LabVIEW的主要特征是：（1)Visual graphic开发环境，流程图式编程，易于学习，易于使用，并大大节省了开发时间。
LabVIEW开发环境分为前面板和流程图两部分，分别如图10.11和图10.12所示。第10章智能仪器和自动测量技术控制对象（输入）显示对象（输出）图10.11随机信号发生器的前面板第10章智能仪器和自动测量技术的功能：随机数发生器和前面板连接端子对应到控件和与前面板控件相对应的连接端子结构：循环图10.12随机信号发生器的流程图第10章智能仪器和自动测量技术（2)LabVIEW提供了丰富的程序Debugging功能。3)结构化和模块化的编程，良好的可移植性。（4)丰富的库功能，开放性和良好的可伸缩性。2） LabWindows / CVI特别具有以下特征：（1)使用集成开发平台和开放式体系结构。 （2)使用可视化编程，设计用户图形界面非常容易。（3)使用交互式编辑方法hod，程序源代码可以自动生成。 （4)使用大量的库函数极大地简化了编程工作。第10章智能仪器和自动测量技术（5)使用便捷而灵活的程序调试方法。10.4.3 1.指定用户想要解决什么问题，即仪器需要完成什么功能，以及用户对面板操作的要求，以确定面板需要哪些控制组件和指示组件。虚拟仪器的硬件一般分为基本硬件平台和仪器硬件设备。
表10.1显示了具有不同硬件架构的虚拟仪器系统的性能比较。用户必须根据测试功能，性能要求和财务状况做出合理的选择。第10章智能仪器和自动测量技术表10.1具有不同体系结构的虚拟仪器的系统性能第10章智能仪器和自动测量技术3.通常，仪器驱动程序包括以下部分：（1)功能体。 （2)交互式操作界面。（3)编程界面。（4) I / O界面。（5)功能库。（6)子例程界面。第10章智能仪器和自动测量技术4.软面板的具体设计应注意以下几点：（1)软面板应设计为在不同平台和计算机显示器上完成各种操作，因此必须确保每个软面板都在不同平台上和不同的分辨率它可以在高速监视器之间移植。（2)字体选择应基于可移植性和可读性。（3)根据颜色选择颜色效果，便携性和打印要求。第10章智能仪器和自动测量技术（4)仪器或公司的图标显示在主面板上。（5)不同面板上的控制器和指示器应保持一致且易于阅读，并应能够（6)软面板应支持鼠标和键盘操作，并应提供在线帮助功能。第十章智能仪器和自动测量技术10.5联网仪器具有以下优点：（ 1）通过网络，用户可以远程监控控制过程和实验数据，实时性非常好。
（2）通过网络，可以连接位于不同位置的测试仪器以构建分布式自动测试系统，例如在不同区域进行环境监视。（3）通过网络，用户可以远程监视多个过程，多个用户可以同时监视同一过程。第10章智能仪器和自动测量技术（4）通过网络，大大提高了用户的工作能力。（5）通过网络，用户您也可以就感兴趣的问题进行合作并走遍世界第10章智能仪器和自动测量技术问题101.简要描述自动测量技术的发展2.什么是智能仪器？其主要功能是什么？3.智能仪器的基本结构是什么？4.什么是自动测试系统？它的基本组成是什么？5.有哪些主要特征？ f GPIB通用接口总线？ 6. VXI第10章智能仪器和自动测量技术7. PXI总线的特征是什么？ 8.什么是虚拟仪器？虚拟仪器是模拟仪器吗？它与真实乐器有何不同？ 9.虚拟仪器的优点是什么？虚拟仪器的软件和硬件系统的结构是什么？ 10.虚拟仪器应用软件的主要开发环境是什么？简要介绍LabVIEW和LabWindows / CVI的主要功能和特性。 11.虚拟仪器设计的主要内容是什么？ 12.什么是联网工具？有什么特点？
