基于VXI總線的虛擬儀器在裝備檢測中的應用

　　1 引言
　　虛擬儀器將計算機資源和儀器硬件——插件卡以及用于數據采集、過程控制、數據分析及圖形用戶界面的應用軟件有效地結合起來，在插件卡硬件支持的基礎上，虛擬儀器應用軟件集合了數據采集、控制、數據分析和數據顯示的全部功能，利用計算機強大的圖形環境和在線幫助功能，建立中英文界面的虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數據分析與顯示，代替傳統儀器，改變傳統儀器的使用方法，提高儀器的功能和使用效率。
　　VXI總線是一種在世界范圍內完全開放的、適用于多供貨廠商的行業標準。它集中了智能儀器、個人儀器和自動測試系統的很多特長，具有小型便攜、高速數據傳輸、模塊式結構、系統組建靈活方便、易于充分發揮計算機效能和標準化程度高等諸多優點。
　　虛擬儀器的出現是儀器發展史上的一場革命，是儀器領域的一個突破，而VXI總線系統的出現則為虛擬儀器的發展提供了新的動力，進一步增強了虛擬儀器的功能。VXI 儀器模塊作為虛擬儀器的代表，在測試速度上有了極大的提高，從而更好地滿足了測試實時性的要求。同時VXI總線的系統結構為虛擬儀器的開發提供了更為理想的平臺。
　　基于VXI總線的虛擬儀器正是計算機技術、虛擬儀器技術、VXI總線技術的完美結合，代表了當前和今后儀器測試領域的發展方向。

　　2 基于VXI的虛擬儀器測試系統的硬件結構
　　虛擬儀器主要完成以下三個基本功能：①數據輸入。進行信號調理并將被測模擬信號轉換成數字信號以便于處理。②數據輸出。將量化的數據轉換成模擬信號并進行必要的信號調理。③數據處理。按測試要求對輸入信號進行各種分析和處理。
　　VXI儀器系統是將若干儀器模塊插入具有VXI總線的機箱中，VXIbus儀器模塊本身沒有操作和顯示面板，系統和儀器的工作主要依靠程序控制。目前儀器控制領域的兩個軟件標準是IEEE488.2和程控儀器標準命令（SCPI），已普遍用于VXIbus系統中。
　　近幾年，微處理器的發展非常迅速，它使虛擬儀器的能力極大地提高。由于計算機總線速度的大大提高，現在可以同時使用幾塊數據采集板，甚至圖象數據采集也可以和數據采集結合在一起，從而大大提高了虛擬儀器的功能和范圍。
　　我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統的硬件結構是通過VXI總線技術，將微計算機與儀器硬件插卡、被測對象（UUT）連接起來，利用計算機軟件實現各種各樣的信號分析與處理，完成多種測試功能。組成框圖如圖1所示。

⑴計算機：為586微機。通過內部接口卡82335，完成對VXI主機箱中各儀器的自動控制。它為自動檢測系統的核心部件，通過運行電路測試軟件和診斷軟件控制系統測試過程（如施加激勵、數據采集、故障分析等），進行數據處理和記錄，并提供人機對話接口。 ⑵VXI卡式儀器：采用HPE1401A C尺寸13槽主機箱。機箱內有HPE1406A命令模塊、HPE1411B數字萬用表、HPE1420B通用計數器、HPE1426A數字示波器、HPE1416A功率計、HPE1460A繼電器多路開關等，是用來完成對被測電子裝備的測試所必須的儀器儀表模塊。（3）UUT為被測電子裝

備的組合或電路板。
　　3 基于VXI總線的虛擬儀器測試系統的軟件設計
　　軟件是虛擬儀器系統的關鍵，這與當今國際發展的潮流“硬件軟件化”的趨勢十分符合，“軟件就是儀器”的概念已經被絕大多數人所認可。以VXI總線系統為代表的開放式、模塊化系統在硬件方面為虛擬儀器系統的組成提供了極大的方便。但是，任何虛擬儀器的實現都必須在軟件的支持下才能工作。用戶根據自己的需要編制不同的測試軟件，通過不同的軟件實現各種功能的測試。
　　我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統它的軟件結構包含以下三個部分：
　　（1）VXI總線接口軟件（資源編輯器、管理器及功能庫）
　　VXI總線接口軟件是實現VXI總線虛擬儀器最基礎的軟件，它存在于儀器與儀器驅動程序之間，完成對儀器內部寄存器單元進行直接存取數據操作、對VXI總線背板與器件作測試與控制、并為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件層。它駐留在計算機系統之中執行VXI總線的特殊功能。其中，資源管理軟件執行VXI總線特性、系統的初始化與組態；在建立VXI總線虛擬儀器過程中，通過資源編輯器使資源管理器在開發過程中利用它調試該系統；VXI總線功能庫涉及到VXI總線的低層通訊協議，為控制VXI總線系統提供多種功能調用，如消息基儀器的字串通訊，寄存器基器件的控制，中斷與觸發控制以及高速數據傳輸等。
　　（2）VXI模塊儀器驅動軟件（儀器驅動程序）
　　VXI模塊儀器驅動軟件是完成對某一種特定模塊儀器的控制與通信的軟件程序，它作為用戶應用程序的一部分在計算機上運行。每個儀器模塊均有自己的儀器驅動程序。儀器驅動器是VXI總線虛擬儀器的核心，是完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。儀器驅動器包括：①操作接口提供了一個虛擬儀器面板，通過對該面板的控制完成對儀器的操作。②編程接口能將儀器虛擬面板的相應操作轉換成儀器的代碼，以實現對儀器驅動器的功能調用。③I/O接口提供了儀器驅動器理與儀器的通訊能力。④功能庫描述了儀器驅動器所能完成的測試功能。⑤子程序接口使得驅動儀器在運行時能調用它所需要的軟件模塊。
　　（3）應用軟件包
　　應用軟件開發環境將計算機的數據分析和顯示能力與儀器驅動器融合在一起，為開發虛擬儀器提供了必須的軟件工具與環境。
　　目前，有兩類較流行的虛擬儀器開發環境：其一是用文本式的編程語言設計虛擬儀器，如LabWindows等；其二是用圖形編程語言設計虛擬儀器，如HP VEE，Lab VIEW等。兩者在虛擬儀器開發中都有應用。由于HP VEE和Lab VIEW均采用全圖形化編程，使得每個對語句編程不熟的工程人員都可以快速“畫”出儀器的面板，“畫”出自己的程序。因此它提供給我們一個理想的程序設計環境。
　　我所研制的基于VXI總線的虛擬儀器測試系統其診斷測試軟件的基本環境是Windows98和HPVEE，編程語言為HP VEE和C++，漢化平臺為中文之星。HP VEE提供了豐富的圖形界面組件，為我們的測試軟件設計提供了極大的方便。測試軟件有性能測試、故障診斷、通用測量、信息顯示等主要功能。測試軟件組成如圖2所示。

　　4 基本評價
　　基于VXI總線的虛擬儀器測試系統在裝備檢測的過程中，由于手段先進，使用方便快捷，受到了部隊的好評，反映良好，并給予了較高的評價。
　　（1）測量精度高、速度快，具備測試數據編輯、存貯能力。在傳統的機架層迭式系統中，必須把信號連接到每一臺儀器上以便測量各個參數。測量值受電纜長度、阻抗因素、儀器校準和修正因子差異的影響。而虛擬儀器則不受這些因素的影響，因此提高了測量精度和可重復性。測量輸入信號的幾個特性（如電壓、頻率）只需要一個量化的數據模塊，就能計算出處理數，縮短了測試時間，從而提高了測試速度。
　　（2）軟件標準化程度高、兼容性好。采用了虛擬儀器面板，使得儀器面板軟件化，可使用IEEE488程控軟件和可編程儀器標準軟件（SCPI），也可使用微機的通用軟件如C語言、BASIC語言等，以及便于系統開發的軟件工具，如：編程軟件HP VEE、Labview等。
　　（3）用戶可以自定義測試功能。儀器制造廠家僅需提供基本的軟件和硬件，如信號調節器、信號轉換器等硬件和儀器應用軟件生成環境軟件，真正要實現什么儀器功能則是用戶自己的事情。由于儀器的功能可在用戶級上產生，故它不再是完全由硬件來確定的，當需要時可加入新的測試功能而不用購買一臺新的儀器。
　　（4）擴展性強，縮短了系統組建時間。虛擬儀器能對數據進行“實時”的處理與顯示。虛擬儀器系統的軟件層具有鮮明的“即調即用”特征，并且確保用戶能用以完成整個系統中所有軟件部分的開發工作。當測試系統要增加一個新的測量功能時，只需增加軟件來執行新的功能或增加一個通用模塊來擴展系統的測量范圍。因此，縮短了系統的組建時間