基于VXI总线的虚拟仪器在装备检测中的应用

　　1 引言
　　虚拟仪器将计算机资源和仪器硬件——插件卡以及用于数据采集、过程控制、数据分析及图形用户界面的应用软件有效地结合起来，在插件卡硬件支持的基础上，虚拟仪器应用软件集合了数据采集、控制、数据分析和数据显示的全部功能，利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立中英文界面的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方法，提高仪器的功能和使用效率。
　　VXI总线是一种在世界范围内完全开放的、适用于多供货厂商的行业标准。它集中了智能仪器、个人仪器和自动测试系统的很多特长，具有小型便携、高速数据传输、模块式结构、系统组建灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等诸多优点。
　　虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，是仪器领域的一个突破，而VXI总线系统的出现则为虚拟仪器的发展提供了新的动力，进一步增强了虚拟仪器的功能。VXI 仪器模块作为虚拟仪器的代表，在测试速度上有了极大的提高，从而更好地满足了测试实时性的要求。同时VXI总线的系统结构为虚拟仪器的开发提供了更为理想的平台。
　　基于VXI总线的虚拟仪器正是计算机技术、虚拟仪器技术、VXI总线技术的完美结合，代表了当前和今后仪器测试领域的发展方向。

　　2 基于VXI的虚拟仪器测试系统的硬件结构
　　虚拟仪器主要完成以下三个基本功能：①数据输入。进行信号调理并将被测模拟信号转换成数字信号以便于处理。②数据输出。将量化的数据转换成模拟信号并进行必要的信号调理。③数据处理。按测试要求对输入信号进行各种分析和处理。
　　VXI仪器系统是将若干仪器模块插入具有VXI总线的机箱中，VXIbus仪器模块本身没有操作和显示面板，系统和仪器的工作主要依靠程序控制。目前仪器控制领域的两个软件标准是IEEE488.2和程控仪器标准命令（SCPI），已普遍用于VXIbus系统中。
　　近几年，微处理器的发展非常迅速，它使虚拟仪器的能力极大地提高。由于计算机总线速度的大大提高，现在可以同时使用几块数据采集板，甚至图象数据采集也可以和数据采集结合在一起，从而大大提高了虚拟仪器的功能和范围。
　　我所研制的基于VXI总线的虚拟仪器测试系统的硬件结构是通过VXI总线技术，将微计算机与仪器硬件插卡、被测对象（UUT）连接起来，利用计算机软件实现各种各样的信号分析与处理，完成多种测试功能。组成框图如图1所示。

⑴计算机：为586微机。通过内部接口卡82335，完成对VXI主机箱中各仪器的自动控制。它为自动检测系统的核心部件，通过运行电路测试软件和诊断软件控制系统测试过程（如施加激励、数据采集、故障分析等），进行数据处理和记录，并提供人机对话接口。 ⑵VXI卡式仪器：采用HPE1401A C尺寸13槽主机箱。机箱内有HPE1406A命令模块、HPE1411B数字万用表、HPE1420B通用计数器、HPE1426A数字示波器、HPE1416A功率计、HPE1460A继电器多路开关等，是用来完成对被测电子装备的测试所必须的仪器仪表模块。（3）UUT为被测电子装

备的组合或电路板。
　　3 基于VXI总线的虚拟仪器测试系统的软件设计
　　软件是虚拟仪器系统的关键，这与当今国际发展的潮流“硬件软件化”的趋势十分符合，“软件就是仪器”的概念已经被绝大多数人所认可。以VXI总线系统为代表的开放式、模块化系统在硬件方面为虚拟仪器系统的组成提供了极大的方便。但是，任何虚拟仪器的实现都必须在软件的支持下才能工作。用户根据自己的需要编制不同的测试软件，通过不同的软件实现各种功能的测试。
　　我所研制的基于VXI总线的虚拟仪器测试系统它的软件结构包含以下三个部分：
　　（1）VXI总线接口软件（资源编辑器、管理器及功能库）
　　VXI总线接口软件是实现VXI总线虚拟仪器最基础的软件，它存在于仪器与仪器驱动程序之间，完成对仪器内部寄存器单元进行直接存取数据操作、对VXI总线背板与器件作测试与控制、并为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件层。它驻留在计算机系统之中执行VXI总线的特殊功能。其中，资源管理软件执行VXI总线特性、系统的初始化与组态；在建立VXI总线虚拟仪器过程中，通过资源编辑器使资源管理器在开发过程中利用它调试该系统；VXI总线功能库涉及到VXI总线的低层通讯协议，为控制VXI总线系统提供多种功能调用，如消息基仪器的字串通讯，寄存器基器件的控制，中断与触发控制以及高速数据传输等。
　　（2）VXI模块仪器驱动软件（仪器驱动程序）
　　VXI模块仪器驱动软件是完成对某一种特定模块仪器的控制与通信的软件程序，它作为用户应用程序的一部分在计算机上运行。每个仪器模块均有自己的仪器驱动程序。仪器驱动器是VXI总线虚拟仪器的核心，是完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。仪器驱动器包括：①操作接口提供了一个虚拟仪器面板，通过对该面板的控制完成对仪器的操作。②编程接口能将仪器虚拟面板的相应操作转换成仪器的代码，以实现对仪器驱动器的功能调用。③I/O接口提供了仪器驱动器理与仪器的通讯能力。④功能库描述了仪器驱动器所能完成的测试功能。⑤子程序接口使得驱动仪器在运行时能调用它所需要的软件模块。
　　（3）应用软件包
　　应用软件开发环境将计算机的数据分析和显示能力与仪器驱动器融合在一起，为开发虚拟仪器提供了必须的软件工具与环境。
　　目前，有两类较流行的虚拟仪器开发环境：其一是用文本式的编程语言设计虚拟仪器，如LabWindows等；其二是用图形编程语言设计虚拟仪器，如HP VEE，Lab VIEW等。两者在虚拟仪器开发中都有应用。由于HP VEE和Lab VIEW均采用全图形化编程，使得每个对语句编程不熟的工程人员都可以快速“画”出仪器的面板，“画”出自己的程序。因此它提供给我们一个理想的程序设计环境。
　　我所研制的基于VXI总线的虚拟仪器测试系统其诊断测试软件的基本环境是Windows98和HPVEE，编程语言为HP VEE和C++，汉化平台为中文之星。HP VEE提供了丰富的图形界面组件，为我们的测试软件设计提供了极大的方便。测试软件有性能测试、故障诊断、通用测量、信息显示等主要功能。测试软件组成如图2所示。

　　4 基本评价
　　基于VXI总线的虚拟仪器测试系统在装备检测的过程中，由于手段先进，使用方便快捷，受到了部队的好评，反映良好，并给予了较高的评价。
　　（1）测量精度高、速度快，具备测试数据编辑、存贮能力。在传统的机架层迭式系统中，必须把信号连接到每一台仪器上以便测量各个参数。测量值受电缆长度、阻抗因素、仪器校准和修正因子差异的影响。而虚拟仪器则不受这些因素的影响，因此提高了测量精度和可重复性。测量输入信号的几个特性（如电压、频率）只需要一个量化的数据模块，就能计算出处理数，缩短了测试时间，从而提高了测试速度。
　　（2）软件标准化程度高、兼容性好。采用了虚拟仪器面板，使得仪器面板软件化，可使用IEEE488程控软件和可编程仪器标准软件（SCPI），也可使用微机的通用软件如C语言、BASIC语言等，以及便于系统开发的软件工具，如：编程软件HP VEE、Labview等。
　　（3）用户可以自定义测试功能。仪器制造厂家仅需提供基本的软件和硬件，如信号调节器、信号转换器等硬件和仪器应用软件生成环境软件，真正要实现什么仪器功能则是用户自己的事情。由于仪器的功能可在用户级上产生，故它不再是完全由硬件来确定的，当需要时可加入新的测试功能而不用购买一台新的仪器。
　　（4）扩展性强，缩短了系统组建时间。虚拟仪器能对数据进行“实时”的处理与显示。虚拟仪器系统的软件层具有鲜明的“即调即用”特征，并且确保用户能用以完成整个系统中所有软件部分的开发工作。当测试系统要增加一个新的测量功能时，只需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。因此，缩短了系统的组建时间