2011-第十二章-計(jì)算機(jī)控制測試系統(tǒng)

第十二章計(jì)算機(jī)把握測試系統(tǒng)★計(jì)算機(jī)把握測試技術(shù)＝計(jì)算機(jī)技術(shù)＋測試技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)★測量精度高、速度快、路數(shù)多、結(jié)果分析、處理、存儲等?！锛夹g(shù)支撐：1〕60年月，半導(dǎo)體集成電路和計(jì)算機(jī)的進(jìn)展；2〕標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)和協(xié)議；3〕編程語言第一節(jié)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述★70年月以前,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是針對特定的任務(wù)，承受獨(dú)立元器件搭建的專用系統(tǒng)，體積浩大、牢靠性較低、數(shù)據(jù)處理力氣有限、準(zhǔn)確度不高、缺乏數(shù)據(jù)通訊及遠(yuǎn)傳功能。此時(shí)的測量設(shè)備和計(jì)算機(jī)是彼此相互獨(dú)立的，計(jì)算機(jī)是作為離線幫助工具，只用來完成測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)處理和間接測量的中間計(jì)算等?！?0年月以后，測試設(shè)備通過A/D、D/A、I/O接口與計(jì)算機(jī)對接，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)漸漸進(jìn)展起來。其間隨著標(biāo)準(zhǔn)總線的普及，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊化構(gòu)造?！?0年月以后，單片機(jī)、DSP芯片的進(jìn)展，縮小了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積，消逝了便攜式和嵌入式構(gòu)造。硬件/軟件技術(shù)的結(jié)合使系統(tǒng)的性能指標(biāo)到達(dá)模擬測試設(shè)備無法到達(dá)的程度★90年月以來，專用集成電路和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速進(jìn)展，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向微型化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)展。軟件編程由機(jī)器語言、匯編語言進(jìn)展到通用高級語言、專用高級語言和測試專用語言一、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能1、程控自動測量程控完成的操作包括選擇測量工程、信號通道及測量范圍，調(diào)整增益和頻率范圍，實(shí)現(xiàn)最正確測量，提高測量精度等。2、程控自動校正實(shí)際測量之前，計(jì)算機(jī)把握將“零點(diǎn)”信號源接入測量系統(tǒng)，此時(shí)測量的結(jié)果是系統(tǒng)內(nèi)部器件產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移值，將其存儲待用。實(shí)際測量時(shí)，計(jì)算機(jī)把握將被測信號接入測量系統(tǒng)，得到實(shí)際測量值。實(shí)際測量值扣除零點(diǎn)漂移值，即得準(zhǔn)確的測試結(jié)果。3、結(jié)果推斷及故障報(bào)警計(jì)算機(jī)把握對測量系統(tǒng)自身的主要部件進(jìn)展自我檢測〔自檢〕，有開機(jī)自檢、周期自檢及鍵控自檢等。根本過程是由CPU向系統(tǒng)各局部發(fā)出自檢指令，各功能器分別得到的“輸入”，檢查其“輸出”是否正確。例如，對A/D轉(zhuǎn)換器施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓，看其轉(zhuǎn)換結(jié)果是否在預(yù)期范圍內(nèi)；對于RAM的自檢是通過比較寫入與讀出數(shù)據(jù)是否全都。4、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)可對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)展分類處理、數(shù)學(xué)運(yùn)算、誤差修正及工程單位轉(zhuǎn)換等。例如，實(shí)現(xiàn)FFT、相關(guān)分析、統(tǒng)計(jì)分析、平滑濾波等。5、聯(lián)網(wǎng)通信計(jì)算機(jī)的外設(shè)，如打印機(jī)、顯示器、磁盤磁帶機(jī)、繪圖機(jī)、記錄儀等，通過標(biāo)準(zhǔn)接口和系統(tǒng)進(jìn)展聯(lián)網(wǎng)通信；也可與其他數(shù)據(jù)采集和把握系統(tǒng)進(jìn)展聯(lián)網(wǎng)通信。6、多路巡回或同時(shí)測量一臺儀器一般只能測量一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)，而自動測量系統(tǒng)可以配備多個(gè)信號通道，有的多達(dá)上千路。例如，一些OEM(OriginalEquipmentManufacturer的縮寫,原始設(shè)備制造商〕廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其根本通道為64路，可擴(kuò)展到4096路。對于多路信號通過計(jì)算機(jī)軟件把握，進(jìn)展高速掃描采樣。選擇適宜的功能模板也能很便利地實(shí)現(xiàn)對多通道信號同時(shí)測量，如測量多個(gè)信號之間的相位關(guān)系。二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)的構(gòu)造形式，分專用接口型和通用接口型按系統(tǒng)的用途的適用程度，分通用和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、專用接口型承受特定功能的模塊相互連接組成的系統(tǒng)是專用接口型，構(gòu)造緊湊、模塊利用率高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：由于模塊間的差異、系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，組成系統(tǒng)時(shí)相互間的接口特殊麻煩。專用接口系統(tǒng)的功能相對固定，硬件及軟件根本沒有冗余部安排置，性能價(jià)格比較高。當(dāng)系統(tǒng)較簡潔或規(guī)模較大使設(shè)計(jì)和制造本錢大幅度增加時(shí)，就要考慮承受其他的實(shí)施方案。2、通用接口型系統(tǒng)中全部模塊間的接口按國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。用標(biāo)準(zhǔn)電纜/標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱插槽進(jìn)展模塊間的連接。系統(tǒng)組建便利、適應(yīng)性強(qiáng)、通過修改軟件就可完成不同的測量任務(wù)，靈敏性和可擴(kuò)張性較好。此類系統(tǒng)有PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、STD標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)、CAMAC標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)及VXI總線標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)等。三、數(shù)據(jù)采集把握系統(tǒng)的根本構(gòu)成四、系統(tǒng)總線概述★計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要通過某種形式的硬件和協(xié)議，將各單元連接起來協(xié)調(diào)工作，主要硬件根底就是接口和系統(tǒng)總線，它們是數(shù)據(jù)采集與把握系統(tǒng)的重要組成局部，起著紐帶和根底的作用?！锝涌谑窍到y(tǒng)間的交接局部，其根本功能是治理它們之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和把握信息的傳輸和交換，屬“計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容?！锟偩€是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中模塊與模塊之間傳送信息的一組信號線，是傳送規(guī)定信息的公共通道。1〕有承受分時(shí)共用總線方式的單總線構(gòu)造，在不同時(shí)刻總線上的信息類型不同〔即數(shù)據(jù)信息、地址信息和把握信息分時(shí)共用同一組總線〕；2〕有承受標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造的并行三總線形式，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和把握信息總線是各自獨(dú)立的總線構(gòu)造。1、局部總線與系統(tǒng)總線在簡潔的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或多主機(jī)組成的大系統(tǒng)中，擴(kuò)展存儲器、I/O接口、多個(gè)主機(jī)等之間通信聯(lián)絡(luò)頻繁，共用總線負(fù)載重、總線競爭猛烈，通訊效率不高，甚至發(fā)生總線堵塞。這時(shí)可將簡潔系統(tǒng)劃分為假設(shè)干個(gè)功能相對獨(dú)立的模塊，各個(gè)模塊并行工作。每個(gè)模塊內(nèi)建立的總線叫做局部總線。模塊之間建立的聯(lián)系總線叫做系統(tǒng)總線。在局部總線上可以掛有局部存儲器和局部I/O接口，而系統(tǒng)總線上掛有公共存儲器和公共I/O接口。承受規(guī)格化的通用系統(tǒng)總線構(gòu)造有利于用戶擴(kuò)展和與其他CPU聯(lián)機(jī)，或共享某些硬件模塊，以削減用戶的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。總線可以做成插槽〔如PCBUS，STDBUS〕或接口插頭〔如RS-232-C，IEEE-488〕形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必需遵照規(guī)格化總線構(gòu)造的規(guī)定、定義和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。通過總線占用仲裁預(yù)備哪個(gè)操作應(yīng)在總線上進(jìn)展。最簡潔的總線占用仲裁方式是串行鏈接式，其原理是：仲裁器發(fā)出一個(gè)“應(yīng)答(GRANT)”信號響應(yīng)“懇求(REQUEST)”信號，全部的總線主控局部按挨次接聽這個(gè)信號，首先接聽到GRANT信號的懇求占用總線的模塊，便取得了總線把握權(quán)。在這個(gè)模塊已經(jīng)把握總線的狀況下，其余的模塊就不行能對總線進(jìn)展操作了。其他仲裁方式還有定時(shí)查詢方式和獨(dú)立懇求方式等。2、總線仲裁總線協(xié)議是為了對傳送的信息進(jìn)展正確和牢靠接收所做的商定條款。例如傳輸速率，對于串行總線，要保證發(fā)送的波特率和接收的波特率嚴(yán)格全都；對于并行總線，則要保證兩次發(fā)送之間的時(shí)間間隔符合接收的要求。為了協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)與外部接口器件間的速度差異，常常承受總線緩沖技術(shù)，即設(shè)立發(fā)送或接收緩沖器以協(xié)調(diào)二者之間的速度。再如傳輸信息格式，包括根本信息的格式和幫助信息的格式。3、總線協(xié)議其次節(jié)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、確定信號特征對被測參量的信號特征進(jìn)展估量是測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根底。由于機(jī)械參量的類型及其時(shí)域、頻域特征，直接關(guān)系到傳感器選型、變換電路設(shè)計(jì)、測量精度、數(shù)據(jù)存儲、處理和后續(xù)顯示〔記錄〕設(shè)備的選擇等。同時(shí)考慮現(xiàn)場干擾因素對信號測量的影響，尤其是干擾信號頻譜和有用信號混雜在一起的狀況。二、選擇傳感器1、依據(jù)測量的目的和被測物理量的特點(diǎn)，選用性能價(jià)格比適宜的傳感器。2、牢靠性及穩(wěn)定性工業(yè)現(xiàn)場工作的傳感器必需能承受環(huán)境溫度、濕度、介質(zhì)條件、振動與沖擊、電磁場干擾、電源波動等的工作條件，且性能要長期穩(wěn)定，特征指標(biāo)不隨時(shí)間與環(huán)境的變化而轉(zhuǎn)變。每種傳感器都有自己特定的適用范圍，設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮實(shí)際工況。3、頻率響應(yīng)特性傳感器頻響應(yīng)特性是影響測量系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的主要因素之一。傳感器的頻帶寬度只要掩蓋測量信號的頻率范圍，才有可能實(shí)現(xiàn)不失真測量。此外，測量系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器有關(guān)，而且還與后續(xù)的處理電路、部件等的動態(tài)特性有關(guān)，應(yīng)綜合考慮。4、線性范圍傳感器線性范圍的寬窄預(yù)備了測量系統(tǒng)工作量程的大小。5、精度傳感器的精度是保證測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度的第一個(gè)重要環(huán)節(jié)。假設(shè)測試是用于定性分析，可選用重復(fù)性好、精度一般的傳感器；假設(shè)是進(jìn)展定量分析，而且必需獲得準(zhǔn)確的測量值，就需要選用精度等級可滿足要求得傳感器。6、靈敏度傳感器的靈敏度應(yīng)保證在測量范圍內(nèi)，被測參量能有效的轉(zhuǎn)換為電壓或電流的輸出。靈敏度的選擇要以信噪比為根底。三、信號調(diào)理與處理信號調(diào)理與處理電路的設(shè)計(jì)原則是“增益信號，抑制噪聲”。信號調(diào)理與處理的內(nèi)容：①微弱信號放大；②將電阻/電感/電容等電參量轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化；③抑制噪聲的濾波處理；④阻抗變換；⑤屏蔽接地；⑥調(diào)制與解調(diào)；⑦信號線性化等。四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)1、選擇計(jì)算機(jī)2、硬件和軟件設(shè)計(jì)選定計(jì)算機(jī)后，應(yīng)依據(jù)外部設(shè)備的工作特點(diǎn)、須完成的功能來確定連接方式、輸入輸出接口、規(guī)律把握電路、通道的工作方式。軟件研制和硬件設(shè)計(jì)相互協(xié)作，應(yīng)當(dāng)依據(jù)功能特性和經(jīng)濟(jì)性，適中選擇硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)。3、組裝調(diào)試按要求組裝軟、硬件，每一項(xiàng)所要求的功能都應(yīng)進(jìn)展試驗(yàn)，通過試驗(yàn)覺察問題，調(diào)試系統(tǒng)，直至全部功能滿足規(guī)定要求。五、信號的分析與處理1、抑制噪聲，提取信號在機(jī)械參量由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號的過程中、經(jīng)過傳輸導(dǎo)線及中間變換電路到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器的過程都會混入各種干擾噪聲，如電磁干擾、低回路干擾等。在信號的傳輸或變換電路里可以設(shè)計(jì)各種信噪分別電路，用數(shù)字信號處理的方法，也可以實(shí)現(xiàn)濾波和各種運(yùn)算，到達(dá)與模擬電路等價(jià)的效果。2、信號特征提取與分析對信號做進(jìn)一步的分析與處理，是為了獲得能夠反映測量對象狀態(tài)和特征的信息。信號的分析可用模擬電路完成，也可用數(shù)字系統(tǒng)完成。模擬信號處理系統(tǒng)速度快，但易受環(huán)境干擾的影響。相對而言數(shù)字系統(tǒng)速度稍慢，但比較穩(wěn)定不易受到環(huán)境的影響。多任務(wù)軟件和多CPU系統(tǒng)是數(shù)字信號分析軟件和硬件的技術(shù)支持根底。3、系統(tǒng)誤差修正用數(shù)據(jù)處理的方法消退或削減系統(tǒng)誤差。六、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采集的原始數(shù)據(jù)可能出錯(cuò)或混有噪聲。為提高信號的有效性和牢靠性，需進(jìn)展合理性的判別與濾波；假設(shè)檢測數(shù)據(jù)與實(shí)際物理量成非線性關(guān)系，還需進(jìn)展線性化處理。1、采樣數(shù)據(jù)的合理性判別及報(bào)警必需準(zhǔn)時(shí)檢測采樣是否正常。一是避開產(chǎn)生錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，二是準(zhǔn)時(shí)給出特殊的報(bào)警信號，以盡早修復(fù)。1〕越限采樣值的限幅與報(bào)警當(dāng)采樣值超過設(shè)定的量程范圍時(shí)，一方面將得到的采樣值限幅，另一方面給出報(bào)警信息。當(dāng)，則取，同時(shí)報(bào)警。當(dāng)，則取，同時(shí)報(bào)警。2〕對采樣數(shù)據(jù)的分析推斷①依據(jù)能量平衡、物料平衡、熱量平衡、過程機(jī)理等客觀規(guī)律和操作閱歷進(jìn)展檢查；②依據(jù)運(yùn)算模塊進(jìn)展檢查，看是否有明顯不合理的狀況消逝，如違反某種定理、被零除、數(shù)據(jù)溢出等。2、數(shù)字濾波噪聲通常是“高頻”的，而過程變量的變化相對較緩慢信號入口處的RC低通濾波器能抑制高頻噪聲，但對低頻干擾效果并不理想數(shù)字濾波對低頻干擾有較好效果★數(shù)字濾波：又稱軟件濾波。承受某種算法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展數(shù)學(xué)處理，消退或削減各種干擾和噪聲，提高信號的真實(shí)性。★優(yōu)點(diǎn)：①不需要增加硬件設(shè)備；②數(shù)字濾波的穩(wěn)定性好，一種濾波程序可以反復(fù)調(diào)用，并且使用靈敏、便利，可依據(jù)不同的需要修改濾波參數(shù)或算法?！?〕平均值濾波法1）算術(shù)平均值濾波法★用于對流量、壓力及沸騰狀液面一類信號作平滑。由于這些信號的特點(diǎn)是有周期性的振蕩現(xiàn)象，信號在平均值四周作上下波動。一般取m=4～8。★該算法可以是在一個(gè)采樣瞬間對一個(gè)測點(diǎn)屢次采樣后，計(jì)算其平均值作為該次采樣的有效值；也可對多個(gè)采樣周期的平均采樣值作遞推濾波使用。2〕加權(quán)遞推平均濾波〔滑動平均值濾波〕算術(shù)平均值濾波是等權(quán)重濾波。假設(shè)要增加新的采樣值在有效信號中的比重，提高系統(tǒng)對當(dāng)前所受干擾的靈敏度，可承受加權(quán)遞推平均濾波，其算式為其中〔2〕中值濾波法在一個(gè)采樣瞬間對被測參數(shù)連續(xù)采樣奇數(shù)次，按大小排序，選擇大小居中的數(shù)據(jù)作為有效信號。它可有效濾除由于偶然因素引起的波動或因采樣器的不穩(wěn)定造成的誤碼等脈沖性干擾，對緩慢變化的過程承受中值濾波有良好的效果。將平均值濾波與中值濾波方法結(jié)合起來使用，濾波的效果會更好。方法是連續(xù)采樣m次〔m≥3〕，并按大小挨次排列，從首尾各舍掉1/3個(gè)較大的數(shù)據(jù)和較小的數(shù)據(jù)，再將剩余的1/3個(gè)大小居中的數(shù)據(jù)進(jìn)展算術(shù)平均，作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。〔3〕慣性濾波法〔一階滯后濾波〕典型RC（電阻—電容）低通濾波器的動態(tài)方程為采樣周期為T0稱為濾波系數(shù)令當(dāng)a→1，當(dāng)前的y(k)等于它在前一步的值y(k-1)，馬上新的測量值完全濾掉；當(dāng)a→0，y(k)等于測量值x(k)，相當(dāng)于不進(jìn)展濾波。通常選擇0＜a＜1，濾波后的數(shù)值與當(dāng)前測量值及前一步的濾波值有關(guān)，而前一步的濾波值又取決于再前一步的濾波值和測量值，因此實(shí)際上濾波值是與“無窮多”個(gè)歷史值有關(guān)，a越大，與歷史值得關(guān)系越大，濾波值產(chǎn)生的“滯后”現(xiàn)象越嚴(yán)峻。因此，應(yīng)適中選擇濾波系數(shù)，使得被測參數(shù)既不消逝明顯的振蕩，反響又不太緩慢。這就是慣性濾波〔或一階滯后濾波〕?！?〕程序推斷濾波為防止偶然的、大幅度的跳碼干擾，在采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過合理性判別后，通常還要承受程序推斷濾波法去偽存真。常見的程序?yàn)V波方法：比較兩個(gè)相鄰采樣瞬間采樣值的大小，用其增量(以確定值表示)與兩次采樣允許的最大差值△y0比較。假設(shè)小于或等于△y0，則本次采樣值為有效值；假設(shè)大于△y0，則仍取上次采樣值作為本次采樣值的有效值?！鱵0是可供選擇的常數(shù)，取決于視被測量的變化速度，一般取△y0=VfT0，Vf為輸入信號最大可能變化速度，T0為采樣周期。3、數(shù)據(jù)處理〔1〕線性化處理檢測信號與該信號所代表的物理量之間不愿定成線性關(guān)系。為此，必需對非線性參數(shù)進(jìn)展線性化處理?！?〕校正運(yùn)算有時(shí)來自測控對象的某些檢測信號與真實(shí)值有偏差，此時(shí)需要對這些信號進(jìn)展補(bǔ)償校正，使補(bǔ)償后的檢測值能反映真實(shí)狀況?！?〕測量值與工程量的轉(zhuǎn)換由于生產(chǎn)現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)量綱不同，如壓力的單位為Pa，流量的單位為m3/h，溫度單位為0C等，這些參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為一系列的數(shù)碼后，它們并不愿定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，而是僅代表參數(shù)值的相對大小，故有必要將它們轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值。這種轉(zhuǎn)換就稱為工程量轉(zhuǎn)換〔也稱標(biāo)度變換〕。轉(zhuǎn)換時(shí)常用到如下三種類型的公式：1）線性值公式其前提是參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換值呈線性關(guān)系，則有參數(shù)測量值的工程量參數(shù)量程終點(diǎn)值參數(shù)量程起點(diǎn)值測量值對應(yīng)的經(jīng)數(shù)字濾波后的A/D輸出采樣值參數(shù)量程終點(diǎn)值對應(yīng)的A/D值參數(shù)量程起點(diǎn)值對應(yīng)的A/D值2〕開方值轉(zhuǎn)換公式用差壓變送器測量流量信號時(shí)，由于差壓和流量的平方成正比，必需在流量工程量轉(zhuǎn)換前進(jìn)開放方處理3〕熱電偶與熱電阻公式y(tǒng)=ax+b，x為熱電勢，y為溫度，a、b為常數(shù)第三節(jié)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、PC〔PersonalComputer〕標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)★PC總線包括:IBMPC/XT，IBMPC/AT，ESIA總線等。1)IBMPC/XT(ExtentedTechnology)，擴(kuò)大技術(shù)型個(gè)人計(jì)算機(jī)2)IBMPC/AT(AdvancedTechnology)，先進(jìn)技術(shù)型個(gè)人計(jì)算機(jī)3)EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture，擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造)總線★PC總線不是直接與CPU的數(shù)據(jù)/地址/把握/電源線等直接相連，中間要經(jīng)過鎖存、驅(qū)動、信號組合等規(guī)律電路。★各模塊通過系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)/地址/把握/電源線等連成一個(gè)整體，即PC機(jī)主機(jī)★優(yōu)點(diǎn)：PC機(jī)用戶易于實(shí)現(xiàn)，可擴(kuò)展性好，可修理性好，易于升級換代等。2、STD標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)★STD總線是1978年由美國Prolog公司推出的一種并行微型計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。它使用小板構(gòu)造及56線插頭?！颯TD總線承受底板(母板)總線構(gòu)造，即在一塊底板上并行布置了數(shù)據(jù)總線、地址總線、把握總線和電源總線，板上安有假設(shè)干個(gè)插座，允許任何標(biāo)準(zhǔn)插板插在任意的插槽中使用。★優(yōu)點(diǎn)：1〕簡潔、本錢低、牢靠性高、開放式組態(tài)、兼容式總線構(gòu)造等。2〕可支持多種8位、16位、32位的微處理機(jī)，尤其是可支持多處理機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式、主從式及多處理機(jī)系統(tǒng)，最多允許16個(gè)多主CPU模板在一塊STD總線底板上運(yùn)行。3〕為國際上流行的主要標(biāo)準(zhǔn)總線。4〕可適用較惡劣的工作環(huán)境中、小規(guī)模的測量把握系統(tǒng)。(a)(b)3、GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)★優(yōu)點(diǎn)：1〕一個(gè)接口可連接多達(dá)14個(gè)設(shè)備〔包括計(jì)算機(jī)為15個(gè)設(shè)備〕，在20m內(nèi)使用，能滿足試驗(yàn)室和一般的生產(chǎn)環(huán)境測量的需要。一般接口系統(tǒng)是“點(diǎn)對點(diǎn)”傳送，而GPIB則是1對N傳送。2〕通用性和靈敏性。符合標(biāo)準(zhǔn)接口要求的儀器設(shè)備都可以相互連接起來，組成一個(gè)自動測量系統(tǒng)。操作時(shí)只需設(shè)備和插拔電纜插頭，無需接口硬件設(shè)計(jì)3〕允許系統(tǒng)內(nèi)被連接的儀器之間，即可在把握器〔計(jì)算機(jī)〕的把握下傳輸數(shù)據(jù)，也可以在無把握器的條件下自動進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸。4〕數(shù)據(jù)傳輸是雙向異步的。數(shù)據(jù)傳輸速率能在較大的范圍內(nèi)變化，可滿足不同工作速度的儀器的要求。一般最高速率為250kB/s，假設(shè)承受三態(tài)門發(fā)送器，則最高速率可達(dá)1MB/s。5〕本錢較低，使用便利。4、VXI標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)★VXI總線是VME〔VersaModuleEurocard〕總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展〔VMEbusEXTENSIONSFORINSTRUMENTATION〕，是繼GPIB之后，為適應(yīng)測量儀器從分立的臺式和機(jī)架式構(gòu)造進(jìn)展為更緊湊的模塊式構(gòu)造的需要，于1987年推出。它對全部廠家和用戶都是公開的，允許用戶將不同廠家的模塊用于一個(gè)系統(tǒng)的同一機(jī)箱內(nèi)?！锍惺躒XI總線的測量系統(tǒng)最多可包含256個(gè)器件。與GPIB系統(tǒng)的主要區(qū)分在于，它的全部器件都是插件式的，并且對插件和主機(jī)架的尺寸要求嚴(yán)格。此外，VXI總線為器件供給了數(shù)據(jù)傳輸、中斷、時(shí)鐘、模擬信號線、多種電源線等多種總線，因而它適用于數(shù)字器件，也適用于模擬器件，還便于傳輸8位、16位、32位等多種數(shù)據(jù)★優(yōu)點(diǎn)：1〕開放性，多廠家共用標(biāo)準(zhǔn)使其更加靈敏；2〕標(biāo)準(zhǔn)化的VXI軟件使系統(tǒng)的配置、編程和集成更簡潔；3〕數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)33MB/s；4〕更準(zhǔn)確的定時(shí)和同步提高了測量準(zhǔn)確度。5〕系統(tǒng)組建靈敏，易與其他總線接口。5、CAMAC總線系統(tǒng)★CAMAC(ComputerAutomaticMeasurementAndControl)是一種典型的自動測量把握系統(tǒng)，它的各種儀器、功能組件、計(jì)算機(jī)等通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱連成系統(tǒng)，由總線實(shí)現(xiàn)信息相互通信★CAMAC系統(tǒng)中，機(jī)箱是根本單位。有多種標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化的功能組件，大體可分為：1〕一般用途組件，包括計(jì)時(shí)器、存放器、時(shí)鐘發(fā)生器等；2〕數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換組件例如多路模擬數(shù)據(jù)采集、S/H、A/D、D/A、積分器等；3〕外設(shè)接口組件如打印機(jī)/磁盤驅(qū)動器/顯示器/繪圖議接口等；4〕機(jī)箱把握器組件用于各類計(jì)算機(jī)的并行和串行把握器；5〕分布驅(qū)動器?！顲AMAC標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)一般由測量把握組件、機(jī)箱把握器、機(jī)箱插件、數(shù)據(jù)總線、接口驅(qū)動及其外設(shè)組成，如圖。★CAMAC總線共有兩級二種。兩級：第一級是機(jī)箱內(nèi)用的平行總線，稱為數(shù)據(jù)通道(Dataway)；其次級是機(jī)箱間連接的總線。兩種：一種是并行的稱為分支通道(BranchHighway)，適用于信息量大，傳輸速率高時(shí)；另一種是串行的，稱為串行通道(SerialHighway)，適用于機(jī)箱間距離較遠(yuǎn)時(shí)。用CAMAC機(jī)箱、組件、驅(qū)動器、總線，計(jì)算機(jī)可靈敏地組成各種規(guī)模和構(gòu)造的計(jì)算機(jī)把握系統(tǒng)。典型的有以下幾種：1〕無計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是指無機(jī)箱外接的計(jì)算機(jī)。2〕單機(jī)箱系統(tǒng)其構(gòu)造規(guī)定以一個(gè)機(jī)箱為限。微計(jì)算機(jī)通過機(jī)箱把握器把握全部插件的工作，有較好的性能價(jià)格比。具體構(gòu)造形式有：3〕并行多機(jī)箱系統(tǒng)各機(jī)箱并行連接，信息傳輸速率高，適用于數(shù)據(jù)量大的集中系統(tǒng)。4〕串行多機(jī)箱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過串行驅(qū)動器與機(jī)箱相連，機(jī)箱連成環(huán)形。各機(jī)箱之間可用專用電纜相連，也可用電纜相連。機(jī)箱之間距離可達(dá)5～10km。對于更遠(yuǎn)的距離，可增設(shè)專用接口，承受遠(yuǎn)距離通訊手段，如微波、無線電等。5〕混合多機(jī)箱系統(tǒng)二、專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是組織靈敏、便利，但它們的功能比較簡潔，沒有功能強(qiáng)大的專用數(shù)據(jù)采集和處理軟件。此外，其準(zhǔn)確度、采集速度等都不如目前先進(jìn)的專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)在宇航及航天領(lǐng)域的地面試驗(yàn)測量中都是承受性能優(yōu)良的大型專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。下面介紹兩種在宇航測試中所是用的測量系統(tǒng)。1、多通道采集記錄2、太平洋600數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第四節(jié)虛擬儀器〔VirtualInstrument)★虛擬儀器是通過軟件將計(jì)算機(jī)與有關(guān)儀器硬件結(jié)合起來，用戶通過圖形界面(通常稱為虛擬前面板)進(jìn)展操作的一種儀器?！锾摂M儀器的開發(fā)和應(yīng)用起源于1986年NI(NationalInstruments)公司推出的LabVIEW軟件，并提出了虛擬儀器概念一、虛擬儀器的組成虛擬儀器的根本部件包括計(jì)算機(jī)、儀器硬件、軟件以及將計(jì)算機(jī)與儀器硬件相連接的總線構(gòu)造。①計(jì)算機(jī)——GUI對計(jì)算機(jī)的速度、內(nèi)存、顯卡等均有要求②儀器硬件——傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡等③軟件——設(shè)備驅(qū)動軟件〔主要是完成各種硬件接口功能的把握程序，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)儀器系統(tǒng)的通信〕、監(jiān)控系統(tǒng)軟件(通過儀器驅(qū)動程序和I/O接口軟件實(shí)現(xiàn)對硬件的操作，進(jìn)展數(shù)據(jù)采集，同時(shí)完成諸如數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、報(bào)表打印、趨勢曲線、報(bào)警和記錄查詢等功能)?！锂?dāng)前流行的虛擬儀器軟件是圖形軟件開發(fā)環(huán)境，代表產(chǎn)品LabVIEW和HP公司的VEE。二、虛擬儀器的分類與應(yīng)用依據(jù)所承受的總線方式的不同，虛擬儀器分如下四種類型：1、PC總線——插卡型虛擬儀器借助于插入PC機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡和專用軟件〔如LabVIEW〕相結(jié)合，完成數(shù)據(jù)采集和處理的任務(wù)。優(yōu)點(diǎn)：充分利用PC的總線、機(jī)箱和電源等硬件資源以及極其豐富的軟件資源，適用于小型、廉價(jià)、精度要求不很高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。缺點(diǎn)：受計(jì)算機(jī)機(jī)箱和總線的限制，機(jī)箱內(nèi)部噪聲電平較高且無屏蔽，以及插槽尺寸較小、數(shù)量少等。2、GPIB總線方式的虛擬儀器在微機(jī)中插入一塊GPIB接口卡，通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。一塊GPIB接口卡最多可帶14臺儀器。當(dāng)微機(jī)的總線變化時(shí)，例如承受ISA和PCI等不同總線，接口卡也要隨之變更，其余局部可保持不變，從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機(jī)總線的快速變化。缺點(diǎn)：由于GPIB系統(tǒng)是在PC消逝的初期問世，所以有確定的局限性，如其數(shù)據(jù)線只有8根，傳輸速率最高1MB/s，傳輸距離20m〔加驅(qū)動器可達(dá)500m〕等。盡管如此，它仍是儀器、儀表及測控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連的主流并行總線之一。3、VXI總線方式的虛擬儀器將假設(shè)干儀器硬件模板插入具有VXI總線的機(jī)箱內(nèi)，儀器模板沒有操作和顯示面板，必需由計(jì)算機(jī)來把握和顯示。在該系統(tǒng)中圍繞機(jī)械、電氣、把握方式、通信協(xié)議、電磁兼容、軟面板、驅(qū)動程序、I/O把握，乃至機(jī)箱、印制電路板的構(gòu)造，通風(fēng)散熱等都做了具體的規(guī)定，使不同廠家的VXI總線產(chǎn)品相互兼容。VXI系統(tǒng)最多可包含256個(gè)器件〔裝置〕，可組成一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)最多可包含13個(gè)插入式模塊，插入同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，在組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求較高的場合，具有其他儀器無法比較的優(yōu)勢。VXI總線支持即插即用，人機(jī)界面良好，資源利用率高，簡潔實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，大大地縮短了研制周期，且便于升級和擴(kuò)展。缺點(diǎn)是VXI系統(tǒng)的本錢相對較高。4、PXI總線方式的虛擬儀器PXI是PCI〔PeripheralComponentInterconnect，外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)〕在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。它是1997年美國NI公司公布的一種高性能低價(jià)位的開放性、模塊化儀器總線。PXI將WindowsNT和Windows95定義為其標(biāo)準(zhǔn)軟件框架，并要求全部的儀器模塊都必需帶有按VISA(VirtualInstrumentationSoftwareArchitecture，虛擬儀器軟件體系構(gòu)造，實(shí)質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的總稱〕標(biāo)準(zhǔn)編寫的WIN32設(shè)備驅(qū)動程序，使PXI成為一種系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)，便于系統(tǒng)的集成和使用。LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentsEngineeringWorkbench)是美國NI公司(NationalInstrumentCompany)推出的一種基于G語言〔GraphicsLanguage，圖形化編程語言〕的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。第五節(jié)干擾及抑制方法干擾對系統(tǒng)的安全牢靠運(yùn)行造成的后果主要表現(xiàn)為：1〕數(shù)據(jù)采集誤差加大干擾竄入測量系統(tǒng)模擬信號的輸入通道，使模擬信號失真、數(shù)字信號出錯(cuò)，其直接后果將是使采集的數(shù)據(jù)誤差加大，當(dāng)對微弱信號測量時(shí)，影響更加突出。2〕數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化在干擾的狀況下RAM中的數(shù)據(jù)有可能被改寫，這將使某些預(yù)備性的參數(shù)被破壞或轉(zhuǎn)變某些芯片的工作方式，從而造成數(shù)據(jù)出錯(cuò)、把握失靈等。3〕數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失常干擾侵入系統(tǒng)內(nèi)核，使總線數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，CPU得到錯(cuò)誤信息，程序計(jì)數(shù)器PC出錯(cuò)，從而程序運(yùn)行就會消逝混亂，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作失常。一、干擾源1、外部干擾外部干擾又可分為來自自然界的干擾和來自電氣設(shè)備的干擾。2、內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾主要是由設(shè)備內(nèi)部和系統(tǒng)的公共線與地線引起的噪聲二、干擾的作用方式依據(jù)干擾進(jìn)入測量電路的方式，可將干擾分為串?！灿址Q差?！掣蓴_和共模干擾〔也稱并聯(lián)干擾〕。1、串模干擾在被測信號兩端與被測信號串聯(lián)的干擾電壓稱為串模干擾。串模干擾產(chǎn)生的緣由一般是外部高壓線路交變磁場通過分布電容耦合進(jìn)線路和電源交變磁場漏電流的耦合，很多狀況是通過供電線路串入的，疊加在各種不平衡輸入信號和輸出信號上。2、共模干擾共模干擾電壓是消逝在信號的任一輸入端和公共端〔大地或機(jī)殼〕之間的干擾