机械工程测试技术基础 第3版 教学课件 作者 熊诗波 黄长艺 第11章计算机测试系统与虚拟仪器.pptx

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1、第十一章计算机测试系统与虚拟仪器第一节概述第二节插卡式测试系统第三节仪器前端第四节仪器控制第五节智能仪器简介第六节虚拟仪器第一节概述随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，传感器技术、通信技术和计算机技术的结合，使得计算机与测试技术的关系发生了根本性的变化，计算机已成为现代测试和测量系统的基础。计算机测试系统：从结构上划分微机或微处理器测量仪器或设备接口软件{微机或微处理器在软件控制下，发出各种控制指令控制各台测量仪器协同工作以完成数据采集任务，并对测量数据进行处理，如计算、变换、数据处理、误差分析等，最后将测量结果存储或打

2、印、显示输出，实现自动测试。微机或微处理器是整个测试系统的核心。软件是根据测量任务所编制的程序，是计算机测试系统的灵魂。测量仪器或系统主要完成被测量的测量工作。测量仪器或系统在微机所发的控制指令控制下完成如工作频段选择、输出电平调节、量程设置和测量功能。这种能接受程序控制并据之改变内部电路工作状态，能完成特定任务的测量仪器称为仪器的可编程控制，或称程控仪器。接口的主要任务是提供机械兼容、逻辑电平匹配、并能通过数据线交换电信号信息。各仪器之间通过适当的接口用各中总线相连。从功能上划分数据采集和存储数据分析数据显示在一些测试系统中，数据分析和显

3、示完全用微机的软件和显示器来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成测量仪器。这种基于微机的测量仪器称为虚拟仪器。测试技术与计算机技术几乎是同步、协调向前发展的，计算机技术已成为测试仪器和系统的核心。基于计算机的测试系统可分为三种类型：▲第一种是计算机插卡式测试系统。即在计算机的扩展槽（通常是PCI、ISA等总线槽，也可设计成便携式计算机专用的PCMCIA卡）中插入信号调理、模拟信号采集、数字输入输出、DSP(数字信号处理芯片)等测试与分析板卡，构成通用或专用的测试系统。▲第二种是由仪器前端与计算机组合的测试系统。仪器前

4、端一般由信号调理、模拟信号采集、数字输入输出、数字信号处理、测试控制等模块组成。由VXI、PXI等专用仪器总线连接在一起构成独立机箱，并通过以太网接口、1394、并行接口等通信接口与计算机相连，构成通用或专用测试系统。▲第三种是由各种独立的可编程仪器（具有参数设置和控制功能的计算机接口）与计算机连接所组成的测试系统，这类系统又称为仪器控制系统。这类测试系统与前两类系统的最大区别在于程控仪器本身能够脱离开计算机运行，完成—定的测量任务。上述三类计算机测试系统可以采用一般的测试分析软件构成计算机测试系统，也可以利用专门的软件系统构成虚拟仪器。随

5、着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、接口上的加密模块、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）不断出现。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。本章将分别讨论上述三种测试系统中均涉及的几个共同问题：计算机插卡仪器、仪器前端、仪器控制技术以及智能仪器和虚拟仪器技术。第二节插卡式测试系统数据采集卡通常具有A／D转换、D／A转换；数字I／O和计数器／定时器等功能，有些还具有数字滤波和数字信号处

6、理的功能。现在的多功能数据采集卡多采用可编程器件，使用户通过程序能够方便地改变硬件的功能或性能参数，从而依靠硬件设备的柔性来增强其适用性和灵活性。插卡式仪器由微机、数据采集卡与专用的软件组成。借助于计算机强大的图形环境，建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。因个人计算机数量非常庞大，插卡式仪器价格最便宜，因此其用途广泛，特别适合于教学部门和各种实验室使用。目前仍有强大的生命力。这类系统性能好坏的关键在于A／D转换技术。插卡类型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多种类型。ISA型插卡已经逐渐退出舞台。PCMCIA卡由于受

7、到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。PCI卡的使用最为广泛。PCI总线上的外围设备可与CPU并发工作，从而提高了整体性能。PCI总线还有自动配置功能，从而使所有与PCI兼容的设备实现真正的“即插即用”（plug&play）。基于PCI总线的测试仪器的缺点：首先，在插入DAQ（数据采集卡）时都需要打开机箱等，操作不便，并且主机上的PCI插槽有限；其次，测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁；第三，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响。因此，以串行接口总线方式的外挂式仪器系统就成为廉价型虚拟

8、仪器测试系统的主流。利用微机的各种串口通信，可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上，软件装在微机上，通常可以完成各种仪器的功能。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作