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VXI總線儀器系統(tǒng)

更新時(shí)間:2013-09-16點(diǎn)擊次數(shù):2722

1 VXI—跨世紀(jì)的儀器總線   VXI總線是VMEbus Extension for Instrumentation的縮寫,即VME總線在測量儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。這是一種新型測量儀器的標(biāo)準(zhǔn)總線,其總線標(biāo)準(zhǔn)是一種在范圍內(nèi)*開放的、適用于各國不同的廠家、不同應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于它是電子儀器發(fā)展*一個(gè)重要的里程碑,因此被國內(nèi)外專家譽(yù)為“跨世紀(jì)的儀器總線”、“劃時(shí)代的技術(shù)成果”,并被認(rèn)為是電子儀器和自動(dòng)測試領(lǐng)域的“第三次革命”。VXI總線系統(tǒng)自80年代末問世以來,對(duì)儀器儀表自動(dòng)化測控技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響,已成為國內(nèi)外關(guān)注的“熱點(diǎn)”。   VXI總線系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化的顯著優(yōu)點(diǎn),集測量、計(jì)算、通信功能于一體,是90年代一項(xiàng)高、新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和VME總線的特點(diǎn),還有高速、模塊化、易于使用等優(yōu)勢(shì)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下:  ?。?)它是上推出的開放式儀器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主機(jī)箱、“0槽”控制器、具有各種功能的模塊化儀器和驅(qū)動(dòng)軟件、軟面板(SFP)、軟件開發(fā)平臺(tái)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。  ?。?)它采用了當(dāng)代多項(xiàng)高、新技術(shù),包括微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)測試技術(shù)、圖形處理技術(shù)(虛擬儀器,軟面板)、智能化儀器儀表等光、電、機(jī)技術(shù)。  ?。?)其核心思想是使VXI產(chǎn)品成為開放式結(jié)構(gòu)的總線系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,使用靈活。用戶購買VXI總線產(chǎn)品之后,在組建系統(tǒng)時(shí)能真正做到“即插即用”(Plug & Play),*。人機(jī)界面良好,接近于“傻瓜”照相機(jī)的靈活程度。   (4)采用背板結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)傳輸速率快(40MB/s),吞吐量大,系統(tǒng)組建靈活方便,易于同其他總線兼容。  ?。?)儀器系統(tǒng)由傳統(tǒng)的“多機(jī)箱堆放式”發(fā)展成“單機(jī)箱多模塊式”。它具有安裝密度高、體積小、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。因其外形尺寸小,故可提高被測信號(hào)的保真度,能減小儀器與被測裝置的引線長度,降低系統(tǒng)噪聲和改善屏蔽效果。  ?。?)測試性能優(yōu)良,技術(shù)指標(biāo),是對(duì)傳統(tǒng)測試系統(tǒng)更新?lián)Q代的理想產(chǎn)品。   (7)采用模塊化的嚴(yán)密設(shè)計(jì)與工藝保證,使之具有很高的可靠性,良好的電磁兼容性和很強(qiáng)的抗干擾能力,具有有效的自檢與自診斷能力和良好的可維修性,大大延長了使用壽命。其平均故障間隔時(shí)間(MTBF)一般能達(dá)到10萬小時(shí),zui高可達(dá)70萬小時(shí)(折合80年使用期!)  ?。?)資源利用率高,很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成,大大縮短研制周期。能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享,系統(tǒng)易于升級(jí)和擴(kuò)展,易于根據(jù)各種現(xiàn)場的需要方便地快速地更換模塊,重新組合系統(tǒng)。因此,即使若干年后老機(jī)型被淘汰,其主體部分(如計(jì)算機(jī)、VXI機(jī)箱、VXI模塊等)還可用于新機(jī)型,資源的重復(fù)使用率高達(dá)75%~85%,能將設(shè)備的成本及投資風(fēng)險(xiǎn)降至zui低。  ?。?)VXI總線系統(tǒng)有著豐富的軟件開發(fā)工具。測試人員只需調(diào)出代表儀器的圖標(biāo),輸入相關(guān)的條件和參數(shù),利用鼠標(biāo)器按測試流程將有關(guān)儀器連接起來,即可完成全部編程工作,自動(dòng)生成測試程序,并以用戶方式顯示測量結(jié)果。  ?。?0)便于用戶自行開發(fā)“虛擬儀器”。虛擬儀器(VI)是測量儀器、計(jì)算機(jī)與軟件這三者的有機(jī)結(jié)合。它將儀器硬件(例如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,數(shù)字I/O)、計(jì)算機(jī)資源(如微處理器,存儲(chǔ)器,顯示器)、軟件(例如軟面板,圖形界面,數(shù)據(jù)處理,信息交換等)有效地結(jié)合起來,構(gòu)成軟硬結(jié)合、虛實(shí)共體的新一代電子儀器。 2 VXI總線系統(tǒng)的發(fā)展史   2.1 發(fā)展動(dòng)態(tài)   1987年,由美國的惠普(HP)、泰克(TEK)、雷卡(Racal)等5家公司在上成立了VXI總線聯(lián)合體,開創(chuàng)了VXI的新紀(jì)元。1988年美國制定了VXI總線軍用標(biāo)準(zhǔn),1992年又制定了IEEE—1155標(biāo)準(zhǔn)。1993年制定了VXI“即插即用”(又譯為“插入即用”)標(biāo)準(zhǔn),并成立了VXI“即插即用”系統(tǒng)聯(lián)盟。1996年,VXI總線系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。與此同時(shí),VXI市場已形成一定的規(guī)模。目前,全已有數(shù)百家工廠生產(chǎn)上千種產(chǎn)品。VXI模塊和系統(tǒng)的銷售額正以每年遞增30%~40%的高速度發(fā)展,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他儀器的增長率。預(yù)計(jì)到2000年,大約有50%的測試系統(tǒng)將使用VXI。VXI正在高新技術(shù)領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的生命力。例如,美國將在2002年建成距地球380公里高空、有兩個(gè)足球場大的*性空間站,Maxsys公司zui近已研制出基于VXI的能夠模擬空間站上敏感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的SES系統(tǒng),它包括溫度及壓力傳感器、繼電器、開關(guān)、電壓源、電流源、程控負(fù)荷。目前,一方面正在制定與完善各種VXI總線技術(shù)規(guī)范,另一方面則加速VXI總線平臺(tái)的開發(fā)與推廣工作。VXI總線必將在21世紀(jì)發(fā)揮更大作用。   2.2 VXI總線系統(tǒng)在我國的發(fā)展應(yīng)用   近年來VXI總線系統(tǒng)在上獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,立即引起國內(nèi)測量儀器和自動(dòng)測試領(lǐng)域?qū)<覀兊臉O大興趣與高度重視。1990年,我國與VXI總線聯(lián)合體建立了正式,1993年航天部門首先開始引進(jìn)VXI產(chǎn)品。在94~95年期間我國多次舉辦過VXI產(chǎn)品展覽會(huì),1995年計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量與控制技術(shù)協(xié)會(huì)和計(jì)量測試學(xué)會(huì)還先后組建“VXI技術(shù)委員會(huì)”和“VXI應(yīng)用技術(shù)服務(wù)中心”。此后,VXI總線系統(tǒng)開始全面進(jìn)入國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域。如果說“八五”初期國內(nèi)對(duì)該項(xiàng)新技術(shù)尚為“隔岸觀火”,“八五”后期開始“躍躍欲試”,那么“九五”規(guī)劃期間則是“競相快上,大展宏圖”的全面起動(dòng)階段,這正是歷史的機(jī)遇。近幾年來,我國對(duì)VXI總線系統(tǒng)經(jīng)歷了從“技術(shù)跟蹤——產(chǎn)品引進(jìn)——開發(fā)研制——推廣應(yīng)用”四個(gè)階段,已在該技術(shù)領(lǐng)域獲得長足發(fā)展,并取得一批重要科研成果。由航天測控公司承擔(dān)的國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目VXI總線C尺寸系列功能模塊(包括5位半DVM、A/D模塊、D/A模塊、I/O模塊、計(jì)數(shù)模塊等10余種)早已通過鑒定。由航天工業(yè)總公司三十五所研制成功的“智能化VXI總線目標(biāo)模擬器控制和驅(qū)動(dòng)模塊”、由二院研制的“某型飛行器自動(dòng)測控系統(tǒng)”、由科技大學(xué)等單位研制的“通訊產(chǎn)品自動(dòng)測試系統(tǒng)”等等,標(biāo)志著我國電子儀器及自動(dòng)測控技術(shù)已跨入領(lǐng)域。我國航空航天系統(tǒng)已決定從戰(zhàn)斗機(jī)到干線飛機(jī)均采用VXI總線系統(tǒng);長征三號(hào)、長征四號(hào)B、長征二號(hào)丁等大型運(yùn)載火箭的測控系統(tǒng)也以VXI總線作為今后更新?lián)Q代的目標(biāo)。 3 VXI總線儀器系統(tǒng)集成   3.1 VXI總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)   3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)模塊   分A尺寸(3.9×6.3英寸)、B尺寸(9.2×6.3英寸)、C尺寸(9.2×13.4英寸)、D尺寸(14.4×13.4英寸)四種。其中,C尺寸約占85%。VXI的電氣結(jié)構(gòu)是在0槽控制器的控制下,各儀器模塊可通過高速通信通道聯(lián)絡(luò),同步工作,儀器之間經(jīng)局部總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。機(jī)箱分5槽、13槽等規(guī)格。   3.1.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)   VXI總線系統(tǒng)可簡化為資源管理器和組態(tài)寄存器兩種。資源管理器用于完成下述軟件功能:識(shí)別所有的儀器,對(duì)管理器進(jìn)行自檢,分配存儲(chǔ)器,分配中斷線,分配通信等級(jí)。資源管理器可管理0~255共計(jì)256個(gè)VXI總線儀器。   VXI總線組態(tài)寄存器用于存儲(chǔ)儀器模塊的各種信息。每個(gè)VXI總線儀器都包含以下信息:儀器型號(hào)及裝置類型,通信能力,狀態(tài)信息,存儲(chǔ)器的需求。VXI總線的通信又分兩種類型:消息基,寄存器基。前者支持的標(biāo)準(zhǔn)VXI總線通信協(xié)議,例如字串行協(xié)議;后者不支持通信協(xié)議,僅支持VXI總線的配置寄存器,因此不能通用。   3.1.3 控制器結(jié)構(gòu)   常用的控制器有以下幾種:   a.IEEE-488控制器。它可以接幾個(gè)主機(jī)箱,亦可同時(shí)接IEEE-488儀器。其特點(diǎn)是具有zui普通的儀器界面,容易將VXI總線儀器與IEEE-488儀器混合使用,zui高傳輸速率為1MB/s,速度zui慢,zui多可控制168個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊,。   b.嵌入式(亦稱內(nèi)置式)VXI總線控制器。它能直接放入主機(jī)箱中,并具有一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)(486或586微機(jī))的全部功能。其主要特點(diǎn)是外形尺寸小,能直接控制VXI總線及12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊,傳輸速率達(dá)40MB/s,速度zui快。   c.MXI控制器。其價(jià)格與IEEE-488控制器相當(dāng),傳輸速率可達(dá)(20~33)MB/s。   3.1.4 VXI即插即用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)   采用VXI即插即用標(biāo)準(zhǔn)能夠降低成本并*支持對(duì)VXI儀器、控制器和軟件的操作,便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成與軟件編程。該系統(tǒng)是通過一個(gè)被稱作“框架”的特殊部分,用作聯(lián)接VXI總線儀器與系統(tǒng)軟件的橋梁。此框架能提供可操作的軟件,并規(guī)定了一個(gè)良好的軟、硬件環(huán)境。目前通用的框架就是由Windows所支持的,稱為WIN框架。它是基于Windows軟件,采用In PCzui廣泛的編程語言,并可移植到視窗98環(huán)境中。   從技術(shù)上講,WIN框架采用Windows的圖形用戶界面,通過動(dòng)態(tài)聯(lián)接庫(DLL)和虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA)通信I/O來控制VXI儀器。WIN框架包括儀器驅(qū)動(dòng)器、軟面板、在線文件、基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、VISA通信I/O和標(biāo)準(zhǔn)安裝程序。VXI即插即用系統(tǒng)的應(yīng)用程序必須通過VISA通信I/O之后,才能經(jīng)硬件I/O去控制VXI總線儀器。   3.2 系統(tǒng)集成   3.2.1 系統(tǒng)組成   系統(tǒng)集成由硬件(主機(jī)箱、控制器和儀器模塊)和軟件所組成。下面給出由HP公司提供的系統(tǒng)集成典型實(shí)例:   ●E1401B型C尺寸13槽主機(jī)箱   ●E1406A型0槽控制器   ●外部控制器(586微機(jī))   ●E2073型HPIB總線接口卡   ●E1411B型5位半數(shù)字多用表模塊   ●E1428A型數(shù)字示波器模塊   ●E1340A型函數(shù)發(fā)生器模塊   ●E1413B型64通道A/D模塊   ●E1328A型4通道D/A模塊   ●E1330B型32通道數(shù)字I/O模塊   ●E1469A型4×16繼電器開關(guān)模塊   ●HP/VEE5.0軟件   3.2.2 軟件的安裝   首先要安裝VISA通信I/O,再裝入所需的編程語言,zui后裝儀器的軟件。儀器軟件包含軟面板、驅(qū)動(dòng)程序、在線文件、基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的目錄結(jié)構(gòu)。   3.2.3 系統(tǒng)檢驗(yàn)   在系統(tǒng)集成之后應(yīng)操作儀器的軟面板,檢查儀器的通信是否正常。

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