基于FPGA的任意波形发生器的研究与设计详细说明文档
非常详细的资料，介绍了FPGA的DDS技术，文档内有verilog的源代码，可以直接使用，非常适合初学者，快点下载吧。ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, electronic measurementtechnique has been widely used in each field such as electronics, machinery, medical,measurement and space. The electronic measurement technology needs to use variousforms of high quality source. So arbitrary waveform generator has very importantpractical significance. The development of arbitrary waveform generator, which basedon Direct Digital Synthesis is discussed in this paper. The generator can produce notonly the conventional waveform such as sine wave, square, triangle wave andsawtooth wave, but the arbitrary waveform, thus this can meet the need of the studyThe work of this paper is as follows:( 1) The domestic and overseas status about the arbitrary waveform generator arediscussed. Clarify the various ways of this synthesis technology of frequency andtechnical comparison, and direct digital frequency synthesis technology is selected toresearch(2)Introduce the hardware design in this system structure and the realization offunction, and a detailed description is given about system components. The singlechip microcomputer is chosen as control module, we use FPga as the coretechnology to realize DDs. The periphery of the circuit design and interfacetechnology is analyzed(3) This paper analyses the working principle, characteristics and technical indexesof the DDS. The design is based on EP1C3T144C8 FPGA chips. Realize DDSfunction through the use of phase accumulator and waveform RoM, and apply enablemodule and the determinant keyboard to present the flexible output of variouswaveform(4) The system test data is given. The reason caused by stray and noise influencingthe spectral purity is analyzedKEY WORDS: Electronic measurement; arbitrary waveform generator; DDS; SCM; FPGA华南师范大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到此声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期:29年6月5日学位论文使用授权声明本人完全了解华南师范大学有关收集、保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南师范大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,允许学位论文被检索、查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存、汇编学位论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在年后解密适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书论文作者签名:导师签名+1期:10年6月5日日期:22)年b月S日第一章绪论本章主要介绍任意波形发生器的研究意义,以及发展的概况与趋势,并介绍本设计所需要做的软硬件工作,提出设计需要实现的目标。11任意波形发生器的研究意义任意波形发生器( Arbitrary Waveform Generator,AWG)实际上是一种多波型的信号发生器,它不仅能产生正弦波、方波、三角波、斜波和指数波等常规波形,也可以表现出载波调制的多样化,如:产生调频、调幅、调相和脉冲调制等。更可以通过计算机软件实现波形的编辑,从而生成用户所需要的各种任意波形,来满足各种实验研究的需要随着科学技术的飞速发展,电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域。许多电子系统,甚至电子器件只有在一定的电信号作用下,其性能才能显露出来。另一方面,一些电器设备在研究和生产过程中也少不了信号源,它们借助信号源通过测量来鉴定其性能的优劣。所以许多现代电子设备和系统的功能如何,都直接的取决于信号源质量的高低,如何产生高稳定度、高准确度的信号是任意波形发生器研制的关键。因此,信号发生器的表现就至关重要。我国的电子测量技术起步较晚,虽然在一些领域也取得了许多突破性进展,但是与世界先进水平相比,仍然存在着很大的差距。因此提高国内电子测量仪器的研制水平,加强核心技术的研发,对我国电子测量技术的发展,有着非常重要的意义。12任意波形发生器的发展概况最早的信号发生器主要采用RC构成振荡电路。如1928年美国先后生产出的调幅信号发生器与调频信号发生器。20世纪40年代许多国家已经开始研究脉冲信号发生器。1962年美国 Wavetek公司在RC电路的基础上,又推出了函数发生器产品。在60年代初,起源于通信领域的频率合成技术也引用到信号源上,出现了合成信号发生器。自80年代以来人们又将微机技术引入信号源,出现了任意波形发生器。早期的信号发生器主要采用模拟电子技术,电路结构复杂,工艺不够成熟,因此存在着如:漂移较大,输岀波形的幅度稳定性差,模拟器件构成的电路尺寸大、价格贵、功耗大等缺点。80年代以后,现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大的促进了数字化技术在电子测量仪器的应用。高集成化微处理器的出现,增大了更复杂波形产生与波形稳定的操控性。这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,从而得到各种所需波形。任意波形发生器的实现方案主要有程序控制输出、DMA输出、可变时钟计数器寻址和直接数字频率合成等多种方式2。目前任意波形发生器的研制主要基于DDS(直接数字频率合成)技术,与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,广泛使用在通信、测量与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。近20年发展迅速,因此许多国家都在进行DDS专用芯片的研制。其中AD公司较为突出,如常见的AD9852、AD9858等产品,现在又推出了性能更强大的AD9952、AD9958、AD9912。其中AD9912包含可提供谐波杂散抑制的辅助低功耗DDS内核,以及48位频率调谐字和内置比较器,具有1GSPS内部时钟速率和高达400MHz直接输出。基于DDS技术的任意波形发生器的发展也同步进行,目前的任意波形发生器的产品结构形式主要有三种:独立仪器结构形式、PC总线插卡式和VⅪI模块式。近几年国际任意波形发生器技术主要发展,除了输出波形频率的提高和更方便的波形输入外,便是与ⅴX资源的结合。在测量和产生复杂的任意波形时,VXI系统资源在这些应用中具有较为明显的优势,尤其对自动测试系统(ATE特别有用。任意波形发生器在商业研发生产中,以 Agilent公司和 Tektronix公司最具有代表性,其任意波形发生器产品已经形成相当的市场占有率,并以优异的产品技术,引领着该领域的发展。如: Agilent公司的N6030A任意波形发生器,它拥有15位的垂直分辨率,125GS/s的采样频率,500MH的输出频率。 Tektronixκ公司更是于2008年推出了性能与速度更为优异的产品:AWG700。采样频率高达24GS/s,也可以做到96GHz有效RF频率输出。不仅如此,该产品还提供了高达10位的垂直分辨率:10位(无标记输出)或8位(带有两个标记输出);高达64M(64:80000点的记录长度,提供了更长的数据流;低至100f分辨率的边沿定时位移控制;16000步序列功能,创建无穷大波形循环、跳转和条件分支。能够生成高速串行信号、多电平信号、为存储设备测试生成信号、宽带RF信号。我国从90年代才开始研制任意波形发生器,比较有代表性的产品有北京普源精电科技有限公司生产的DG3121A,它拥有14位的垂直分辨率、300MSa/的采样率和120MHz的最高频率输出。它是业界第一个具备了数字逻辑输出功能的任意波形发生器。指标在国产的函数/任意波形发生器中处于优势地位,在同类产品中,具有最完备的通信接口,具备RS232,USB,GPIB,LAN。但比起同类产品 Agilent公司的33250A在脉冲频率和频率稳定度等方面还有很大差距。不过普源还是在技术长有不少的创新,比如研制出了业界首台混合信号任意波形发生器。北京凯弘仪器生产的基于DDS的函数发生器就很有特色,由于内置了衰减器,能够实现最小01mVpp的输出和00ldB的分辨率。总体而言,国产任意波形发生器自研制以来取得了巨大的进步,但是在最高采样率,最大输出频率、频率稳定度和准确度等指标上和世界先进水平还存在着较大的差距1.3发展趋势由于电子测量技术及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类日益增多,性能日益提高,尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在,许多信号发生器除了带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外,还带有IEE488或RS232总线,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便地构成自动测试系统。今后,任意波形发生器在较高的取样率,分辨率,记录长度和线性等方面功能会更强,任意波形发生器在射频和无线测试领域将会获得部分市场。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能方向发展14本文的主要工作硬件设计●电源模块电路的设计:各部件工作电压不同,有5V、3.3V、1.5V三种情况,因此须设计出满足各部件正常工作的电源模块。●单片机系统与接口电路设计单片机作为控制模块,实现与上位机信息传递与通信等各种功能,须设计出单片机的控制模块与相关接口电路●D/A转换与滤波电路的设计D/A转换器与滤波是整个电路的后续处理,D/A转换器实现波形的模拟输出、滤波器则选择合适的滤波器完成对信号的修整。●基于FPGA的DDS模块电路的设计FPGA实现DDS功能是整个设计的关键部分,根据相关原理,设计适合的逻辑图。●整机PCB板设计用 PROTEL DXP2004绘制电路板。软件使用●用Kei1C51对单片机传递信息在 Keil c51环境下,编写程序,完成计算机与单片机的通讯,Kei1提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μ vision)将这些部份组合在起,为单片机的使用提供良好的平台。●在 QuartusⅡ下对FGA进行设计在该环境下,实现FPGA的DDS电路设计实现目标波形要求:常规波形(正弦波、方波,三角波等)、任意波形存储深度:1—1024个点幅度分辨率:8位输出频率范围:1Hz1MHz(固定波形)设计目标:不仅可以生成方波、三角波、正弦波等标准波形,而且还要可以生成用户所需要的任意波形,同时输出波形的频率和幅度均可编程控制。4第二章任意波形发生器的理论分析本章首先介绍了频率合成技术的相关情况,并对三种不同形式的频率合成技术进行分析。同时系统的阐述了DDS的基本组成结构、工作原理、工作特点与技术指标,为DDS的构建打下理论基础。21频率合成技术简介频率合成是指从一个高稳定的参考频率,经过各种技术处理,生成一系列稳定的频率输出。频率合成的概念就是由一个或几个参考频率通过一些转换,产生个或多个频率信号的过程。频率合成技术一般分为直接式(DS)、间接式(PLL)和直接数字式(DDS)三种基本形式。早期的频率合成采用直接式的方式,是由一个或多个晶体震荡器经分频、倍频、混频对一个或几个基准频率进行加、减、乘、除运算产生所需要的频率信号,并通过滤波器产出,这是最早的频率合成信号源的方法。目前该方法仍在使用,主要是因为它频率转换速度、相位噪声低,比较容易实现4。但是该方式涉及的合成器体积过于庞大,而且成本较高,结构复杂、产生任意波形的可控性较低间接合成式是基于锁相环的原理,即PLL。它与前者相比,输出频率的稳定度和准确度都有明显的提高,频谱纯度等性能也有较大改善。主要是因为信号源的振荡频率被固定在频率计数器的时基上,也就是说以稳定度高的振荡器为基准。因此,锁相环的输出频率就与基准频率一致,振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为固定的常数,而且锁相环的突出优点是能够抑制叠加到输入信号上的噪声。这是直接式频率合成方法所不能达到的。PLL还有体积小、性价比较高等一系列优点。但是PLL技术也有明显的缺点,采取闭环控制,系统的输出频率改变后,重新达到稳定的时间也就比较长,一般为毫秒级,很难满足高频率分辨率与快速转换率同时具备的要求,因此也有明显瑕疵。直接数字频率合成技术从原理上实现了突破。前两种方法都是通过对基准频率进行运算得出,而DDS技术则是从相位的概念进行频率合成。它按一定的相位间隔,将待产生的波形幅度的二进制数据存储于高速存储器作为查找表,用参考频率源(一般为晶体振荡器)作为时钟,用频率控制字决定每次从查找表中取出波形数据的相位间隔,以产生不同的输出频率,对取出的波形数据通过高速D/A转换器来合成出存储在存储器内的波形。直接数字频率合成技术的主要优点是输出相位连续、相对带宽较大、频率分辨率很高、可编程、准确度和稳定度都比较高。DDS技术是利用查表法来产生波形,而通过修改存储在ROM里的数据,就可以产生任意波形。所以它不仅能产生正弦、余弦、方波、三角波和锯齿波等常见波形,而且还可以根据需要利用各种编辑手段,产生传统函数发生器所不能产生的真正意义上的任意波形。DDSDirect Digital Synthesis)的概念首先由美国学者 J.Tiemcy, C. M.Rader和B.Gold在1971年提出,但限于当时的技术和工艺水平,DDS技术仅仅限于理论研究,而没有应用到实际中去。近20年来,随着Ⅴ LSI( Very Large Scale Integration),FPGA( Field ProgrammableGates Array)以及DSP( Digital Signal Processing)的发展,这种结构独特的频率合成技术得到了飞速发展。目前该技术已经被广泛用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等相关领域中。22DDS的基本原理和工作特点22DDS的基本结构DDS( Direct Digital Synthesis技术设计思想是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。它包括数字器件与模拟器件两部分,主要有相位累加器ROM波形查询表、数模转换器组成。其基本框图如下。相位累加器波形RoMD/A转换器低通滤波器控制字K输出时钟图21DDS结构框图(1)相位累加器是DDS的核心部分。一般是由数字全加器和数字寄存器组成实现相位累加。如下图所示。N频率挖制字K加法器备存器时钟频率c图22相位累加器结构框图般DDS的累加器都釆用二进制,线性数字信号通过相位累加器实现逐级的累加。假设累加器字长为N,频率控制字为K,控制时钟频率为f,系统在同
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基于LabVIEW的数据采集与处理技术
labview编程 基于LabVIEW的数据采集与处理技术 白云 高育鹏922 LabsQL的安装及配置…185102.1 Labview中的数字仿真简介…20392.3 LabsQLⅥ模块及使用方法……1871022 LabvIew中的数字仿真本章小结.201算法模块203练习与思考…本章小结…215第10章 LabviEw与仿真技术…02练习与思考21610.1仿真技术概述…02参考文献…21710.2LabⅤIEW中的数字仿真…203第1章虚拟仪器技术命器DDC第1章虚拟仪器技术NICFS-C3器好,来案是1.1虚拟仪器概述萨好14器外口约D1.11虚拟仪器的基本概念所谓虚拟仪器 Virtual instrument,Vm,是指以通用计算机作为系统控制器,由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的」种计算机仪器系统。用户操作这台通用计算机就像操作一台为自己专门设计的传统电子仪器样。虚拟仪器的出现,使得测量仪器与计算机之间的界线逐渐模糊。总虚拟仪器通过o接口设备完成信号的调理、采集与测量,利用个人计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理,由个人计算机显示器模拟传统仪器的控制面板,以多种形式输出检测结果,从而完成各种测试功能。“虚拟”二字主要包含以下两方面含义:(1)虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。程传统仪器面板上的器件都是实物,需要通过手动或触摸进行操作;而在虚拟仪器中,物理的开关、按键等器件均由与实物外观相似的图形控件来代替,它们分别对应着相应的软件程序。这些程序是已设计好的,用户可直接通过鼠标或键盘操纵这些控件来完成对仪()虚拟仪器的测量功能是由软件编程来实现的。在虚拟仪器系统中,硬件仅仅用来处的操控n101i理信号的输入输出,软件才是整个测试仪器系统的关键。用户可以通过软件编程来实现仪器的测试功能,还可以通过组合不同测试功能的软件模块来实现多种测试功能。当测试要求发生变化或者需要增加(减少)测试项目时,用户只需要适当地更改软件程序,即可生成满足测试要求的全新的测试仪器系统。因此,在硬件平台确定后,有着“软件就是仪器”的说法,它体现了测试技术与计算机深层次的结合。壁1.1.2虚拟仪器的构成从内部功能来讲,虛拟仪器与传统仪器一样,均由数据采集与控制、数据分析与处理及结果显示三部分组成,如图1-1所示。以总的游关样其平南OM的,对,当的器外,中亲2基于 LabVIew的数据采集与处理技术采集与控制数据分析与处理结果显示插入式数据采集板数字信号处理网络通信GPB仪器数字滤波硬盘拷贝输出XPX仪器统计分析文件10RS232仪器数值分析用户图形接口图1-1虚拟仪器的内部功能划分从构成要素来讲,虚拟仪器由硬件系统和软件系统两大部分组成,如图1-2所示。硬件系统软件系统广============--------------------=信号调理数据采集卡GPI接口仪器GPIB接口卡应用软件|仪器是加1.1,1串行接口仪器仪器个被通|s器功对测对 VXUPXI仪器用计算/能动应人机程用长合现场总线设备用P回过大管计个图像釆集、数字信号处理件上虛户拟下中舍面其他硬件模块板示释等外围硬件设备向面流器进重()图1-2虚拟仪器的系统构成回的雨“器1.虚拟仪器的硬件系统集干要,求景器书器的避面器虚拟仪器的硬件系统通常包括通用计算机和外围硬件设备。其中,通用计算机可以是笔记本电脑、台式机或工作站等。外围硬件设备可分为GB( General Purpose Interface Bus)VXI(VMEbus eXtension for Instrumentation), PXI(PCI eXtension for Instrumentation) FLDAQ( ata Acquisition)四种标准体系结构。构成系统时,可以选择单一的,也可以选择由两种或两种以上硬件系统构成的混合系统。其中,最简单、最廉价的形式是采用ISA或PCI总线的数据采集卡,或是基于RS-232或USB总线的便携式数据采集模块2.虚拟仪器的软件系统平合虚拟仪器的软件系统从底层到顶层共包括三部分,即vSA(O)库、仪器驱动程序与应用软件。1)ⅤISA库的器VISACVirtual Instrumentation Software Architecture即虚拟仪器软件体系结构,实质是标准的IO函数库及其相关规范的总称。一般称这个LO函数库为VSA库,它驻留于计算机系统之中,执行仪器总线的特殊功能,是计算机与仪器之间的软件层连接,可实现对仪器第1章虚拟仪器技术13的程控。对于仪器驱动程序开发者来说,它是一个个可调用的操作函数集。不2)仪器驱动程序仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集,它是应用程序实现仪器控制的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序,仪器厂商将仪器驱动程序以源码的形式提供给用户。D情总分能器对期干善。高研善淀3)应用软件应用软件建立在仪器驱动程序之上,直接面对操作用户。它通过直观、友好的测控操作界面,丰富的数据分析与处理功能,来完成自动测试任务。虚拟仪器应用软件的编写大致可分为两种方式:总面(1)用通用编程软件进行编写。通用编程软件主要有 Microsof公司的Ⅴ sual Basic与Visual c++、 Borland公司的 Delphi、 Sybase公司的 PowerBuilder等(2)用专业图形化编程软件进行开发。专业图形化编程软件如HP公司的VE、NI公司的 Lab vIew和 Lab windows/CⅥ等应用软件还包括通用数字处理软件,它主要由用于数字信号处理的各种功能函数(如频域分析的功率谱估计、FFT、FHT、逆FFT、逆FH和细化分析等;时域分析的相关分析卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等)及数字滤波等部分组成。这些功能函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功能奠定了基础113虚拟仪器的特点14虚拟仪器具有如下六个特点1)突出“软件就是仪器”的新概念,用户可自定义测量功能在通用硬件平台确定后,可由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。软件的灵活性和复用性使用户可以按自己的需要定义(设置测量功能,这就给用户提供了一个充分发挥自己能力和想象力的空间。2)强大的数据处理功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理交由计算机来集中处理,充分利用了计算机强大的数据处理、传输和发布功能。信号处理理论的不断完善以及计算机运算速度的大大提高,为虚拟仪器快速、准确地处理数据提供了良好的基础。(3)灵活性和可扩展性强,性价比高,便于组成复杂的测试系统。当希望测试系统增加个新的测量功能时,只需通过增加软件来执行新的功能或增加一个通用模块来扩展系统的测量范围;为提高测试系统的性能,可以通过加入一个通用仪器卡或更实现,这样有利于系统的扩展,也可大大节约购买和维护仪器的费用(4)良好的人机界面。虚拟仪器的操控界面是一种虚拟面板,亦称为软面板。虚拟面板可以模拟传统仪器面板的风格来设计,也可以由用户根据实际需求自行设计。测量结果可以通过计算机显示器以曲线、图形数据或表格等形式方便灵活地显示出来。(5)与其他设备互连的能力强。虚拟仪器通常具有标准化的总线或通信接口,具有与其他设备互连的能力。近年来,随着网络技术的发展,已经形成了网络虚拟仪器。这是一种新型的基于Web技术的虚拟仪器,它使得虚拟仪器测试系统成为 Internet/Intranet的一部分,可实现远程测试、监控和故障诊断等功能,以便充分利用有效资源,提高测试效率(6)技术更新快。由于虚拟仪器技术是建立在当今世界最新的计算机技术、数据采集技4基于 Labview的数据采集与处理技术术和通信技术基础上的,因而技术更新速度快于传统仪器。界搭对干,登路器界(S1.14虚拟仪器接口总线技术器对宝一某量平器为随着计算机技术、测试仪器和测试技术的不断发展,虚拟仪器接口总线技术也得到了不断的完善和提高。目前用于虚拟仪器和测试系统的总线技术有GPIB总线、VX总线、PX总线、IEEE1394总线和USB总线等。科(1.GPB总线,器器为立游GPB在20世纪70年代由惠普公司率先提出,经批准后成为IEE488标准,是业界所接受的第一个程控通用仪器总线。GPIB包括IEEE4881-1978标准和IEEE4882-1987标准两部分,前者定义了硬件标准,后者则定义了软件标准。GPB总线接口有24线(EE488标准)和25线(IEC-625标准)两种形式,其中以IEEE488的24线GPB总线接口应用最多在我国,国家标准中规定采用24线的电缆及相应的插头插座。如今,GPB已经成为计算机与仪器间最通用的总线标准。由于历史悠久,GPIB具有广泛的软/硬件支持,几乎所有的独立仪器都配有GPIB接口。因GPIB的最大带宽为18Mbs(最新的高速版HS488更是将最大带宽提高到了8Mb/s,所以最为适合与分立仪器通信,并对分立仪器进行控制。GPB中的数据传递采用基于信息的通信模式,并常使用 AScII字符。北用长典型的GPIB测试系统包括一台计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器,其总距为20m,带宽为总线上的所有仪器共享。GPIB测试系统的仪器之间可采用总线型连接或星型连接,如图1-3所示。每台GPIB仪器有单独的地址,由计算机控制操作。整个测试系统中的仪器若要增加、减少或更换,只需对计算机的控制软件做相应改动即可。中升如柱(置如)义宝要害x的大资,里中果来时出于,卦活仪器A仪器C仪器A仪器B仪器D仪器C仪器B不是探(a)图1-3GPB测试系统仪器间的连接方式界益为(a)仪器间采用总线型连接;(b)仪器间采用星型连接」甲第1章虚拟仪器技术」-5GPIB测试系统的结构和命令简单,有专为仪器控制所设计的接口信号和接口插件,具有突出的坚固性和可靠性。网络上也有各种GPHB驱动,因而具有较好的兼容性。GPIB适用于现有的自动化测试设备、混合测控系统和有特殊要求的专用仪器系统。GPIB的缺点是无法提供多台仪器同步和触发的功能,在传输大量数据时带宽不足。前目率解卦目2.V总线日(2 uH Lense IBas in)a2uwx即ME总线在仪器领域的扩展,它于1987年,由主要仪器制造商在ⅥE总线Eurocard标准(机械结构标准)和EE488等基础上,共同制定的开放性仪器总线标准。目前,国际上有两个VX总线组织:一是VⅪ联盟,负责制定vXI的硬件(仪器级标准规范,包括机箱背板总线、电源分布、冷却系统、“0槽”模块、仪器模块的电气特性、机械特性电磁兼容性以及系统资源管理和通信规程等内容;二是vX总线即插即用vxPg&Pay,vP系统联盟,宗旨是通过制定一系列VX的软件系统级标准来提供一个开放性的系统结构,真正实现ⅴXT总线产品的“即插即用”。这两套标准组成了VXI标准体系,实现了VXI的模块化、系列化、通用化,提高了vX仪器的互换性和互操作性。E1VX系统最多可包含256个装置,主要由主机箱、“0槽”控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换,即插即用,可组成新系统。1998年,VⅪI20版采用了VME总线的最新扩展技术,提供有64位的扩展能力,数据传输率可达80Mbs,而且经过段时间的努力,VⅪI总线系统已成功地应用于微波频段。目前,可用的VⅪI仪器已有将近2000种,并还在以每年150~200种的速度增加,基本上可以满足绝大多数VXI系统的需要。1X,1MO0C,mis2m由于ⅴⅪI的价格相对较高,而且许多GPIB仪器还能满足实际的需要,再则在集成XI系统时,需要有系统设计能力、系统调试经验、误差分析修正定标、校准技术及测试程序开发能力,因此ⅴⅪI仪器的使用和推广受到了一定的限制。目前,VXI主要应用于国防、航空航天、通信以及其他需要高性能、高质量、大批量产品的生产环境或实验室及研究开发中。回计,到为类,中时测交,器由积封主3.PX总线未站以1即法原以,重下DPⅪI是PCI在仪器领域的扩展,N公司于199年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范,其核心是 CompactPCI结构和 Microsoft windows软件。PⅪ是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求而形成的。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于精确定时的星型触发总线以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等,以满足试验和测量用户的要求。PⅪI兼容 CompactPCI机械规范,并增加了主动冷却、环境测试(温度、湿度、振动和冲击试验等要求。这样,可保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。与ⅴⅪI模块相比,PⅫⅪ模块体积更小、传输速率更高、价格也较便宜,而且组建一个PX系统要比ⅴX系统简单。PX与台式机的区别在于,Px将计算机和插卡式仪器模块安装在带有许多护展槽的工业机机箱中。从软件角度上说,安装个PⅪ模块就像在台式机上安装一块PC卡,PXI模块作为标准的即插即用PCI器件能被自动识别和设置,并配置有相应的 Windows驱动程序。由于PXI和主流计算机技术完全兼容,因此在许多测试领域,由台式机组成的系统与PX系统可以相互替代,而且PX1系统在性能上还远远超过了台式机。,的d3W6甚于 LabVIEw的数据采集与处理技术4.USB总线和E1394总线独速UsB总线和IEE1394总线是日前广泛使用的两种总线接口,它们支持热插拔,可以自动识别、自动组态,实现即插即用。与并行总线比较,它们更适合连接多外设的需要,且传输速率高,目前已有一些测量仪器使用了这两种总线,回器合费USB( Universal serial Bus)主要用来连接外围设备,如键盘、扫描仪、磁盘机等。苹果电脑率先于1998年使用USB做为其唯一的串口,目前在PC机上已被广泛使用。由于其即插即用的易用性和USB20高达480Mbs的传输速率,USB总线已逐渐成为仪器控制的主流总线技术。USB总线只有一对信号线和一对电源线,轻巧简便、价格便宣,能连接127个装置。现在计算机上的USB接口越来越多,这使得工程师可以很方便地将基于USB的测量仪器连接到整个系统中。但是USB在仪器控制方面亦有一些缺点。比如说USB的排线没有工业标准的规格,在恶劣的环境下,可能造成数据的丢失;此外,USB对排线的距离也有一定的限制。1如到IEEE1394总线又称火线总线,是苹果电脑公司于1989年设计的高性能串行总线,目前的标准为IEEE1394-1995。IEE1394总线的传输速率为100Mb/s、200Mbs、400Mb/s,甚至可以达到32Gbs。EE1394总线具有两对信号线和一对电源线,可采用任意方式连接63个装置。当两M建0.D,e1,亲边5.其他总线15直,2M08率,(3安捷伦科技和ⅴ XI Technology公司于2004年推出了LXI( LAN eXtensions forInstrumentation)总线。2004年11月,LX联盟 LXI Consortium成立,旨在开发、支持和促进LXI标准。2005年9月,LX联盟正式公布了LXI1.0标准。2006年第一季度首批通过LXT认证的产品即被推出。,课为图要箭相溶LXI基于IEEE8023以太网技术,是以太网在仪器领域的扩展。LXI总线速度现在最快达到千兆位每秒,还将发展为万兆位每秒。LXI理论上支持的设备数目不受限制,并且通过使用路由器、交换机和中继器,对线缆长度几乎没有限制,还可以使用无线局域网技术LXI不受地理限制,可以实现远程测量应用。LXI被认为在未来将取代GPB,但相比GPIB,LXI还存在一定的延迟问题。T公1A,的器1除了上述几种总线技术外,虚拟仪器还广泛采用其他的总线,如RS232C、标准并行接口( Standard parallel port,SPP)、增强型并行接口( Enhanced parallel port,EPP)以及以太网Etherne等。用户可根据自己的实际情况选用适当的产品。修下12虚拟仪器技术前景展望虚拟仪器技术经过二十多年的发展,正沿着总线与驱动程序标准化、软硬件模块化,以及编程平台图形化和硬件模块即插即用(Plug&Pay)化等方向发展。其发展前景主要体现在以下几方面:部(1)开放式数据采集标准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。(2)数据采集产品性能的不断提高,为测试技术水平的提高提供了可靠的保证。3)随着Web技术的迅猛发展,以及它与虚拟仪器技术的结合,会形成基于web技术第1章虚拟仪器技术7的虚拟仪器。新一代的虚拟仪器将能够快速、方便地与蓝牙、无线以太网和其他标准的网络技术相融。“网络即仪器”也将成为新的概念,而网络化仪器必将推动仪器界新的革命。基十本章小结9本章简要介绍了虚拟仪器的基本概念、构成、特点以及虚拟仪器接口总线技术。通过本章的学习,希望读者能够对虚拟仪器及接口总线技术有一个总体的了解,以便于以后进一步的学习。9圈登图小型“点,天个行计的练习与思考一1浪求,米得的到中已样11.什么是虚拟仪器?简述虚拟仪器的组成及特点。出烟显读十贵的2.虚拟仪器主要采用哪些总线接口技术?它们各有什么优、缺点?装量,的出中量实同世个部量,的为实出果声面真对人1容内频,景的具个1)求来清置西公胃到的翻首应中亲长蛙道,( OAU.TOUPPIUDA里处没变面小的早中出人解的早滑由,长过文,团是个。当出求合一溶内内善外出非料,A,更应翅器计,中差,书一分中机:卧申名方,量中面平,界近否,图宾动结上米限个示显的律,两长过销题自中个发西眼实世量(离,试科平中强(2等来中C图头中紫计要最,平无,之上其,平的,的一,长为,只的更,过1要果,类,深菱人,中题,限回单首算出,型米
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