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虚拟仪器

虚拟仪器作业

　　　　　　－－－－－－－

　　　　　　　　　　　　　班级：

机测控１１

　　　　　　　　　　　　学号：

2110103013

　　　　　　　　姓名：

李谋

一．绪论

1.什么是虚拟仪器？

说明虚拟仪器的组成和特点。

答：

以通用计算机为基本的软硬件平台，通过扩展模块化的数据采集卡，把传统的仪器功能软件化，构成一种从外观到功能都与传统仪器相似，但在实现时却主要依赖计算机软硬件资源的全新仪器，并且主要依赖软件来完成各种测试、测量和自动化应用。

组成：

操作系统，计算机硬件，驱动程序，应用软件包括软面板和测量功能，以及仪器模块

2.请说明在构建复杂的自动测试系统时，虚拟仪器系统与传统智能仪器相比有哪些优点？

答；关键是软件，开发维护费用降至最低、价格低、用户自定义仪器功能时可复用与可重配置性强，技术更新周期短（1-2年）开放、灵活可以与计算机保持同步发展，与网络及其他周边设备方便互联，面向应用的仪器系统。

3.请说明仪器系统有哪些主要发展趋势？

数字化，模块化，标准化，虚拟化

自动化，综合化，智能化，网络化

二．测控总线技术:

1.计算机有哪几种总线通信方式？

它们各有什么特点？

答：

并行通信和串行通信

并行通信：

控制简单，传输速率快。

传输线多，只适合近距离传输。

接收方必须保持数据同时接收，传输频率不能太高。

电路高速振荡时数据线之间有干扰并行传输效率高但是传输速度受限。

串行通信：

传输线少，成本低，适合长距离传输。

数据传输复杂。

有同步传输和异步传输两种方式。

2.请简述RS232/RS422/RS485的总线特点及其应用。

1RS-232：

是目前最常用的一种串行通讯接口，PC机上的COM1、COM2端口。

特点：

传输距离短，传输速率低。

抗干扰能力差。

安全性差。

2RS-422：

是一种电气标准，规定采用差动平衡的电气接口，可长距离、高速率传输数据：

能够在1200m内把速度提高到100Kb/s

在15m内，传输速率可高达10Mb/s。

在RS-422线路中，发送信号要用两条线，接收信号也要两条线。

采用RS-422实现两点之间远程通信时，需要两对平衡差动电路（至少4根线）形成全双工传输电路。

3RS-485：

与TTL电平兼容，可方便地与TTL 电路连接，提高了接口电路的安全性。

采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。

在总线上是允许连接多达128/256个收发器，可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

（RS485MultidropLAN）

驱动器可以经受总线争用和总线故障。

3.串口仪器是如何构成的？

并说明其编程方法。

答：

计算机，智能仪器，RS232电缆，软件。

三．GPIB总线及其仪器系统：

1.什么是GPIB总线？

它有什么特性？

答：

GPIB是指通用总线接口

特性：

总线构成：

8根数据线，3根握手线，5根管理线，8根地线；

连接方式：

仪器直接并联在总线上，相互间可以直接通讯；

数据传送方式：

位并行、字节串行、双向异步传输；

总线电平：

负逻辑的TTL电平0（False）>+2V;1（True）<+0.8V

数据传送速度：

一般为250-500KBytes/s，最大可达1MBytes/s；

受发送器负载能力的限制（48mA），所允许挂接的仪器数目最多不能超过15台（=48mA/3.2mA）；

电缆总长度不能大于20m，设备间距最大4m，平均2m；

地址容量：

单字节地址（31个）、双字节地址（31x31=961个）；

接口功能共有11种（IEEE488.1-2003）；

2.GPIB总线有哪些接口功能？

答：

1.源方握手（SH-SourceHandShaker）

赋予设备保证正确传递多线消息的能力，SH设置在源方设备接口功能区内，为讲者功能和控者功能服务。

2.受方握手（AH-AcceptorHandShaker）

赋予设备保证正确接收多线消息的能力，AH设置在接收方设备接口功能区内，为听者功能服务。

3.讲者（T-Talker）

向IEEE488总线发送给器件的程控命令、测试数据或状态字节等仪器消息。

只有被控者指定为讲者的那个器件在发送消息时才具有这种能力，具有这一功能的器件必须同时具有源方握手SH功能。

4.听者（L-Listener）

从IEEE488总线接收来自讲者的仪器消息或控者的接口消息。

只有被控者指定为听者的那些器件时才具有这种能力，具有这一功能的器件必须同时具有受方握手AH功能

源方握手SH与受方握手AH是一起工作，共同完成三线联锁挂钩，以保证每一条多线消息在器件之间正确的异步传递

5.控者（C-Controller）

赋予设备在GPIB系统中控制消息传输的能力，发布各种接口消息，具有控者功能的器件必须同时具有源方握手SH功能。

指派听者、讲者：

决定器件消息的传输方向

发送总线管理的通令和专令：

实现器件清除、触发、查询等特殊接口操作

识别总线上的服务请求，发起串行/并行查询

系统控者：

一个系统内只有一个，在任何时刻可以发出IFC、REN。

6.服务请求（SR-ServiceRequest）

当GPIB仪器在运行时发生一些事件时（例如：

测量完毕、系统出现故障等），GPIB仪器可通过该接口功能向控者发出服务请求，使控者中断当前进行的工作来对其进行服务。

7.并行查询（PP-ParallelPoll）

是为控者快速查询多台仪器的服务请求状态而设置的功能。

是控者的一种服务方式，只有配备并行查询功能（PP）的设备才能对控者的并行查询做出响应。

8.远程控制（RL-RemoteLocal）

选择远地或本地工作方式；在两种输入操作信息之中选择其一。

9.器件触发（DT-DeviceTrigger）

器件响应控者发出的GET（群执行触发）专令，产生一个内部触发信号，以启动相关仪器功能工作，实现多台仪器的同步操作；在一些需要进行触发操作或同步操作仪器的接口中，必须配置器件触发（DT）接口功能。

10.器件清除（DC-DeviceClear）

器件响应控者发出的DCL通令（清除所有总线器件）或SDC专令（清除选定器件），产生一个内部清除信号，使仪器的接口功能回到初始状态。

控者通过总线命令使那些配置有DC接口功能的仪器被清除，而回到初始状态。

11.配置接口（CF-ConfigurationInterface）

器件记录控者发送的系统配置信息。

（IEEE488.1-2003

9，GPIB总线有哪些消息类型？

各有什么用途？

仪器消息：

通过总线，在两台设备的设备功能之间传递的消息称为仪器消息。

仪器消息是与仪器自身工作密切相关的信息，它只被仪器部分所接收和使用，虽然仪器消息通过接口功能进行传递，但它不改变接口功能的状态。

例如程控命令、测量数据、状态字节等。

仪器消息都是多线消息。

接口消息：

通过总线，在两台设备的接口功能之间传递的消息称为接口消息。

接口消息用来管理接口本身的操作，使接口功能状态发生变迁。

接口消息又分为单线接口消息与多线接口消息。

远地消息：

凡通过总线传来的消息称为远地消息。

仪器消息与接口消息都属于远地消息。

规定用三个大写英文字母表示。

3.本地消息：

在一台设备内部的设备功能与接口功能之间传递的消息称为本地消息。

本地消息分为两种，一种是由设备功能发往接口功能的本地消息，IEC625对这类本地消息作了规定。

还有一种是由接口功能发往设备功能的本地消息，IEC625对此没作规定，可由设备设计者自行决定GPIB总线有哪些消息类型？

各有什么用途？

仪器消息：

通过总线，在两台设备的设备功能之间传递的消息称为仪器消息。

仪器消息是与仪器自身工作密切相关的信息，它只被仪器部分所接收和使用，虽然仪器消息通过接口功能进行传递，但它不改变接口功能的状态。

接口消息：

通过总线，在两台设备的接口功能之间传递的消息称为接口消息。

接口消息用来管理接口本身的操作，使接口功能状态发生变迁。

接口消息又分为单线接口消息与多线接口消息。

远地消息：

凡通过总线传来的消息称为远地消息。

仪器消息与接口消息都属于远地消息。

规定用三个大写英文字母表示。

本地消息：

在一台设备内部的设备功能与接口功能之间传递的消息称为本地消息。

本地消息分为两种，一种是由设备功能发往接口功能的本地消息，IEC625对这类本地消息作了规定。

还有一种是由接口功能发往设备功能的本地消息，IEC625对此没作规定，可由设备设计者自行决定。

4.GPIB总线是如何保证数据的正确可靠传输的？

仪器消息：

通过总线，在两台设备的设备功能之间传递的消息称为仪器消息。

仪器消息是与仪器自身工作密切相关的信息，它只被仪器部分所接收和使用，虽然仪器消息通过接口功能进行传递，但它不改变接口功能的状态。

例如程控命令、测量数据、状态字节等。

仪器消息都是多线消息。

接口消息：

通过总线，在两台设备的接口功能之间传递的消息称为接口消息。

接口消息用来管理接口本身的操作，使接口功能状态发生变迁。

接口消息又分为单线接口消息与多线接口消息。

远地消息：

凡通过总线传来的消息称为远地消息。

仪器消息与接口消息都属于远地消息。

规定用三个大写英文字母表示。

本地消息：

在一台设备内部的设备功能与接口功能之间传递的消息称为本地消息。

本地消息分为两种，一种是由设备功能发往接口功能的本地消息，IEC625对这类本地消息作了规定。

还有一种是由接口功能发往设备功能的本地消息，IEC625对此没作规定，可由设备设计者自行决定

5.GPIB控制器如何获知GPIB仪器的服务请求的？

串行查询：

逐一指定设备报告其当前的状态字节；

并行查询：

通过规定的方式，最多可以同时报告8台设备的服务请求状态

6．简要说明GPIB仪器系统的工作方式。

答：

1计算机应用程序向仪器发送程控命令。

2仪器接收并执行程控命令。

3计算机得到命令及状态字。

7.举例说明GPIB仪器系统的构建方法和工作过程。

答：

GPIB仪器系统是通过GPIB接口及电缆相互联接而成。

通常，每台GPIB仪器都能单独使用，但只有当它们配置了接口功能以后才能接入基于计算机控制的自动测试系统。

GPIB仪器系统的连接形式：

串行连接、星型连接和混合连接等。

控者发出“接口清除”命令，使接口系统恢复到初始状态，准备开始工作。

控者发出“器件清除”命令，使各仪器恢复到初始状态或某一指定状态。

控者发出程控直流电源的听地址码，直流电源受命为听者，随后计算机向听者传送程控命令，使直流电源向被测器件提供某一指定的直流电压。

控者发出“不听”命令，直流电源不再受命，控者随即发出信号发生器的听地址码，信号发生器受命为听者，然后计算机发出程控命令，令信号发生器为被测部件提供某种交流激励信号。

控者发出“不听”命令，信号发生器不再受命，控者随即发出数字万用表的听地址码，数字万用表为听者，然后计算机发出程控命令，令数字万用表测量某些AC/DC电压。

控者发出“不听”命令，数字万用表不再受命，控者随即发出数字示波器的听地址码，数字示波器为听者，然后计算机发出程控命令，令数字示波器测量被测部件的动态信号波形。

控制发出“不听”命令，数字示波器不再受命，控者发出数字万用表（或数字示波器）的讲地址码，数字万用表（或数字示波器）受命为讲者；控者又寻址其自身为听者，作好从GPIB总线上接收数据的准备。

受命为讲者的数字万用表（或数字示波器）在取得测量数据后，经GPIB总线向听者（计算机）发送，计算机在接收数据后，可按所编写的测试程序完成数据处理和显示。

四．VXI总线仪器系统：

1.VMEbus系统总线包括哪几部分？

答：

数据传输总线、数据传输仲裁线、优先中断线、公用总线。

2.VMEbus是如何实现总线仲裁的？

答：

总线仲裁方式有三种：

优先仲裁、循环仲裁、单级仲裁。

以菊花链方式（由1槽出发）连在同一条总线请求线上的主模块根据距离1号槽的远近来决定获得总线使用权的先后顺序。

仲裁可以保证获得数据的公平性。

3.VMEbus是如何获得和响应服务请求的？

4.什么是VXI总线？

VXI总线对VMEbus做了哪些扩展和各有什么途？

答：

VXI总线是“用于仪器的VME总线的扩展”的简称。

有优越的测速度，可靠性，抗干扰能力和人机交互性能力。

对于VME，VXI保留了p1连接器和VME总线定义的p2连接器中间一排引脚，采纳了VME总线是完全包容A型和B型两种插卡尺寸。

另一方面，VXI总线也对VME总线规范做了重要补充，以适应仪器应用需要。

P2线，数据线宽度增加了32位，地址线增加了32位。

P3线，elc触发线增加了34条，本地总线增加了24条，增加了电源模块。

5.寄存器基器件和消息基器件各拥有哪些寄存器？

分别有什么用途？

答：

寄存器基设备：

含有配置寄存器组，支持VXI总线的自动配置协议，但不支持VXI总线的字串行通信协议。

寄存器基设备通常是简单、便宜的设备，如：

简单的开关、数字1/0卡、简单的串行接口卡等。

消息基设备：

这类设备除了配置寄存器组外，还有一组可由系统中的其它模块访问的通信寄存器组，支持VXI总线的自动配置和字串行通信协议。

消息基设备通常是具有一定通信能力的智能设备，如：

数字式万用表、频谱分析仪、488-VXI总线接口设备等。

6.VXI总线器件的A16寄存器地址是如何与其逻辑地址对应的？

答：

在ID寄存器中，12,13位是选择地址空间用的，其中00是采用A16/A24寻址方式，01同上，10保留数据，11只采用A16寻址。

7.什么是VXI总线的字串行协议？

它是如何实现的？

（p.73-74）

答：

字串行协议是采用读或写从者数据寄存器的方式，将数据字通过一个固定地址以16位字串行方式发送或接收的协议。

字串行协议的原型是全双工UART，每个操作都是采用双向数据寄存器，并由响应寄存器协调来实现的。

数据寄存器的读操作和写操作是完全独立的，因而可以实现数据的全双工传输，整个数据传输过程由消息基命令者控制进行，并由消息基从者响应寄存器中的特定位来协调。

8.VXI总线的资源管理器主要完成哪些工作？

（p.76-78）

答：

器件识别

系统自检管理；

分配模块的A24和A32地址空间；

配置系统的命令者/从者分层通信结构；

分配器件使用中断请求线IRQ和中断管理模块；

启动消息基器件的正常操作

9.VXI总线是如何识别器件的？

答：

静态配置

识别模块所占用的物理槽位置

动态配置

10.VXI总线是如何构成分层通讯结构？

（p.59）

答：

根据每个VXI总线设备的逻辑地址和每个命令者的从者区域，安排命令者/从者层次结构。

从者区域（管辖范围）是一个由用户或厂家设置的8位（（0255）值，以非易失形式保存在每个命令者中。

命令者的从者区域开始于命令者逻辑地址之后的下一个连续地址，并包括由其从者区域给出的邻接逻辑地址数。

如果设备处于命令者给定的从者区域（管辖范围）内，同时不处于该区域之中的任何其它设备的从者区域（管辖范围）内，那么它是该命令者的从者，可以由资源管理器安排给该命令者。

11.如何组建一个VXI仪器系统？

（p.78-86）

答：

确定测试要求

制定总体设计方案

VXI总线主机箱的选择

VXI总线一起模块与其它类型仪器的选择

VXI总线系统控制器的选择

系统硬件安装

系统配线与连接

应用软件编程

系统联调

五．PXI总线仪器系统：

什么是PXI总线？

PXI技术规范主要包括哪些内容？

答：

PXI是将CompactPCI规范定义的PCI总线技术拓展为适于试验、测量与数据采集应用的机械、电气和软件规范，从而形成了一种以PC机为基础的高性能、低成本的模块化仪器系统。

机械特性、电气特性、软件规范（VPP）

PXI提供了哪些专用仪器资源？

它们各有什么用途？

答：

本地总线、触发总线、星形触发线、时钟线等

PXI软件规范主要包括哪些主要内容？

答：

VPP规范：

操作系统、VISAI/O、仪器驱动器

驱动软件：

必备驱动器、符合VSA规范、图形编程API、文体编程API。

如何组建一个PXI仪器系统？

（p.78-86）

答：

选择操作系统和应用开发软件

选择PXI机箱

选择PXI控制器

选择PXI仪器模块

选择附件

PXI仪器系统主要有哪些应用？

答：

以应用于数据采集，工业自动化控制，军用测试，科学实验等。

PXI以其坚固的机械结构，良好的兼容性和较高的可靠性获得了业界的青睐。

例如汽车安全囊模块的自动检测

电磁执行器自动测试系统等。

试比较PXI与VXI仪器系统的特性，并说明它们各自主要的应用领域。

答;

PXI提供了更高的总线吞吐量

定时和同步

系统可靠性

更低的系统成本

六．PC-DAQ仪器系统：

PC-DAQ仪器系统有哪几种构建方式？

试比较它们的优缺点。

答：

扩展总线：

ISA/PCI/PCIe

低成本、高性能

外部接口：

USB/IEEE1394/Ethernet

低成本、易于使用

PC-DAQ仪器系统有什么特点？

答：

低成本

模块化

高性能

如何组建一个PC-DAQ仪器系统？

答：

1.选择操作系统和应用开发工具

操作系统：

WindowsXP,Windows7

应用开发环境：

文本语言（C/C++）、图形化G语言（LabVIEW）

2.选择PC-DAQ卡+仪器驱动器

两种仪器驱动器：

a）源代码：

文本语言（C/C++）或G语言（LabVIEW）

b）动态链接库：

DLL

3.选择信号调理模块及附件

4.开发应用测试程序

七．SCPI：

什么是SCPI？

SCPI的宗旨是什么？

它有哪些特性？

答：

目标：

缩短自动测试设备程序开发时间

特点：

节省自动测试系统的开发时间和投资

增强仪器可互换性

增强测试程序的可移植性

画图说明SCPI仪器模型，SCPI仪器模型的主要作用是什么？

答：

SCPI程控命令是如何生成的？

（分层结构的命令树）

答：

首先根据需要找到系统的特定功能块，然后沿着树状网络从顶向下寻找各种分支。

寻找是否有完成相应的功能指令。

若有就可以直接写出完整的命令，否则就需要加入一个分支点以扩展其指令集。

说明数字万用表DMM的仪器模型。

答：

掌握数字万用表DMM的SCPI编程方法。

答：

请说明IEEE488.1,IEEE488.2和SCPI之间的关系。

答：

IEEE488.1仅规定了在电气、机械和基本功能方面的相容性要求。

对于代码格式、通信协议和公用命令等方面的系统相容性要求未作规定。

IEEE488.2在保证IEEE488.1兼容性下，进一步扩展和解释了借口功能。

不涉及器件消息本身。

SCPI解决了器件消息的标准化问题。

SCPIshizaiIEEE488.2的基础上建立的。

八．Vpp

VPP规范的目的是什么？

答：

通过定义系统和标准来解决多生产厂家VXI系统的互操作性问题，用户提供进行系统维护，在开发能力。

VPP系统框架包括哪些部分？

答：

1控制计算机

2操作系统

3应用开发环境

4仪器驱动程序

5I/O接口软件

6软面板

7技术文档与安装盘

8VXI主机箱、系统控制器和仪器模块

虚拟仪器软件体系包括哪几部分？

答：

VISA资源管理者、VISA仪器控制资源、VISA仪器驱动器、虚拟仪器应用。

什么是仪器驱动器？

说明ＶＰＰ仪器驱动器模型。

答：

仪器驱动器是完成对某一特定仪器通信与控制的软件程序集。

模型：

①外部接口模型，描述了仪器驱动器与系统其它软件的接口

　　　②内部设计模型，秒速了仪器器件模型内部功能的组织结构

说明ＶＰＰ仪器驱动器的函数树结构。

答：

VPP仪器驱动采用树形分层结构来组织仪器的功能函数被称为函数树。

VPP仪器驱动最小函数树包括初始化、关闭、错误消息、错误查询、复位、自检和版本查询等7个部件函数，还应该包括至少1个应用函数。

什么是VISA资源模板？

它提供哪些基本服务？

答：

资源模板精确的描述了一种可扩展的、能够提供一整套公用服务的接口。

各种VISA资源都从该模板继承这种借口。

它提供控制服务和通信服务。

VISA资源的三要素是什么？

答：

VISA资源管理器提供哪些特殊服务？

答：

VISA资源管理器提供了一种对于资源进行控制和管理的机制，已实现分配资源地址、分配资源识别号、操作调用和时间管理者。

提供访问服务和查询服务。

掌握VISA地址字符串的含义（RS232/GPIB/VXI/PXI）。

（P.115）

答：

什么是VISAI/O库？

它有什么特点？

解：

（1）VPP制定的仪器通信标准及相关规范的总称，是一个标准的I/O通信软件库

（2）VISAI/O库统一了仪器通信接口的编程，为用户提供一套标准的、易于使

用的I/O底层函数；VISAI/O库通常以动态链接库（VISA.DLL）的形式

提供，用户可调用这些函数编写仪器驱动程序。

掌握基于VISAI/O库的仪器驱动器编程流程。

解：

掌握基于VISAI/O库的消息基器件的编程方法。

解：

掌握基于VISAI/O库的寄存器基器件的编程方法。

解：

掌握基于VISAI/O库的事件处理机制和编程方法。

解：

什么是软面板？

他有什么作用？

答：

一种可独立运行、并通过图形化界面对仪器进行操控的应用程序。

作用：

利用软面板检验仪器的通信和控制功能，同时也可以利用他作为学习工具，演示仪器的控制和功能。

九、IVI

请说明IVI驱动器规范的产生背景

画图说明IVI仪器驱动器的结构

答：

IVI引擎有什么作用？

答：

1状态缓存

2范围检测

3状态检测

4仿真功能

IVI驱动器的特点是什么？

答：

1通过仪器的可互换性，节省测试系统的开发费用

2通过状态缓冲，改善测试性能

3通过仿真，是测试开发更容易。

更经济

ＩＶＩ驱动器是如何实现仪器互换性的？

答：

1用户定义虚拟仪器的逻辑名，并将该逻辑名与类驱动器关联

2用户使用ＩＶＩ类驱动器函数编写测试程序

3运行时，ＩＶＩ引擎首先加载并解析ＩＶＩ配置文件，获得类驱动器与类兼容专用驱动器之间的对应关系。

然后ＩＶＩ引擎动态加载对应的ＩＶＩ类兼容驱动器，并将应用程序对ＩＶＩ雷旭东器公共函数的调用自动映射到ＩＶＩ类兼容专用驱动器相应功能的函数。

4从而更换仪器时，只需改变专用驱动器的映

ＩＶＩ驱动器是如何改善测量性能的？

答：

ＩＶＩ驱动器功能组的层次结构是如何划分的？

答：

1ＩＶＩ固有功能组

2仪器类基本功能组

3仪器类扩展功能组

4仪器专用功能组

画图说明示波器类ＩｖｉＳｃｏｐｅ的行为模板。

答：

画图说明数字万用表类ＩｖｉＤｍｍ的行为模板

答：