探究10种最常用的PXI测试_测量和控制应用_ 第2部分

PXI总线在试飞测试系统中的应用白效贤, 袁炳南(中国飞行试验研究院)摘要：本文简要介绍了PXI总线应用于试飞测试的优势，并通过两个实例，介绍了 PXI总线在试飞测试系统中的应用。

关键词: PXI总线；试飞测试系统；遥测数据处理；应用1 前言飞行试验测试系统是测量和分析飞行试验对象各种信息的软、硬件集合，由机载采集、记录、遥测发射、地面遥测接收、数据处理设备及数据处理、分析软件组成。

飞行试验测试系统是飞行试验测试技术的综合体现，是飞行试验的重要技术支柱。

近年来随着计算机技术、总线技术、网络技术的飞速发展及飞行试验对测试的需求牵引，基于PXI总线的试飞测试系统应运而生，在运输类飞机机载测试、地面试验测试、遥测数据处理方面的应用有了很大的发展。

国内外已有很多成功的应用范例。

本文简要介绍了PXI总线在试飞测试领域的应用优势，并通过两个实例，介绍了 PXI总线在试飞测试系统中的应用。

2 PXI总线的特点及在试飞测试领域应用的优势90 年代初出现的速率高达 132MB／S 的计算机外围互联总线 PCI, 已成为今天高性能PC 机事实上的总线标准。

后来出现了PCI 总线的工业“加固”, 即所谓的Compact PCI。

Compact PCI 是PCI总线电气协议标准与成熟的欧洲式插卡工业组装技术的结合, 它既吸收了PC机商用技术的最新成果, 又能适应于工控实时应用要求的坚固、可靠、模块化、热切换, 以及使用维护方便, 因此一经推出就得到工业界的欢迎。

1997年美国NI公司在Compact PCI总线的基础上，扩展了触发总线、参考时钟、本地总线和星形触发总线，形成PXI(PCI eXtension for Instrumentaion) 总线。

PXI总线吸取了VXI总线的技术优点，与Compact PCI 总线兼容。

PXI总线在机械结构方面与Compact PCI 总线基本相同，PXI标准也定义了一个包括电源、冷却系统和安装模块槽位的标准化机箱。

GPIB、VXI、PXI、LXI仪器自动测试系统的应用与发展一、自动测试系统和测试总线的基本概念自动测试系统(Automatic Test System，ATS)指的是以计算机为核心，在程序控制下，自动完成特定测试任务的仪器系统。

与传统测试仪器不同，自动测试系统强调在计算机的控制下，由若干可程控的通用设备共同完成测试任务。

AST首先要解决的关键问题是程控设互相协议的问题，也就是接口总线问题。

测试总线是指可以应用在测试、测量和控制系统中的总线。

在专用测试设备中的总线包括GPIB （General Purpose Interface Bus）、VXI（VMEbus eXtensions for Instrumentation）、PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）、LXI(LAN eXtensions for Instrumentation）等总线。

二、基于GPIB总线技术的自动测试系统1、GPIB发展历程最初的GPIB是在1960年代后半期由惠普（当时称为HP-IB）开发的，用于连接和控制惠普制造的可编程仪器。

在引进了数字控制器和可编程测试设备之后，对来自多个厂商的仪器和控制器之间进行标准高速通信接口的需求也应运而生。

在1975年，美国电气与电子工程师学会（IEEE）发布了ANSI/IEEE标准488-1975，即用于可编程仪器控制的IEEE标准数字接口，它包含了接口系统的电气、机械和功能规范。

最初的IEEE 488-1975在1978年经过修改，主要是出版声明和附录方面。

现在这个总线已经在全世界范围内被使用，它有三个名字：∙通用接口总线（GPIB）∙惠普接口总线（HP-IB）∙IEEE 488总线由于最初的IEEE 488文档并没有包含关于使用的语法和格式规范的叙述。

这部分工作最终形成了一个附加标准IEEE 488.2，用于IEEE 488（被更名为IEEE 488.1）的代码、格式、协议和通用指令。

PXI技术在航空机载计算机检测系统中的运用新时期下，航空设备对电子测量仪器的性能要求越来越高，测试项目、测试范围也随之增加，测试对象逐渐变得复杂，需要测试的参数非常多，传统的单机单参数测试方法已经无法满足当代航空领域的要求，这就需要采用更加先进的技术进行完善。

经过了数据采集系统、自动分析系统的发展，PXI技术应运而生，让自动检测系统成为了可能，并且在近些年中，PXI技术在航空机载计算机检测系统中的应用愈加广泛，将总线与接口、软件、智能仪器结合到仪器。

PXI技术在实际应用当中极大提高了检测系统的自动化，实用性非常强，值得进一步推广和研究。

1 PXI技术简介PXI技术也就是CompactPCI的衍生品，结合专项测试任务对CompactPCI进行针对性优化从而形成的自动化检测系统。

PXI作为一种数據采集、自动化运行的一种模块化仪器平台，在电气、软件、机械等方面皆具备专业性能。

作为一种基于PCI和CompactPCI的一种特性信号组成的系统架构。

可以说PXI继承了PCI所有的优势，大大提高了PXI的数据传输能力，并且软件兼容性非常好。

再者，PXI也继承了CompactPCI的系统结构，所以具备高密度、外壳坚固、性能好的特性。

2 PXI技术在机载计算机检测系统中的应用大体上来说，计算机机载检测系统主要包括硬件和软件两个方面。

2.1 系统硬件检测系统硬件主要包括PXI总线、交直流电源、通用测试接口、产品适配器共同组成。

其中，测试系统控制计算机采用工控机、高功率18槽PXI机箱，此机箱集成了PXI标准规范的冷却系统。

任意函数发生模块可以提供系统所需的波形信号，为了能够满足计算机检测系统测试当中的所需激励信号，硬件系统可以加入16通道（2个）模拟量输出模块一一*****，数据采集模块采用*****E，主要为16位精度、32个差分输入。

PX*****主要提供了4路串行口，都可以满足RS422A运行要求。

通过*****实现48离散量的输入与输出功能。

PXI便携式测控系统浅谈杨诚（深圳市厚物科技有限公司，深圳，518105）PXI便携式测控系统是一种基于PXI总线的便携式测试测控系统，它填补了现有台式及上架式仪器在外场测控和便携测控应用上的空白，在军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载等各个领域的外场测控场合和科学试验研究场合都有广泛的应用。

由于PXI便携式测控系统的特殊性，不同的测控项目，要求各异，测控领域国内外著名厂商很难专门投入研发去设计满足这类小批量多样化的定制需求。

本文从介绍NI和PXI总线入手，逐步展开，深入浅出分析了PXI便携式测控系统的需求背景，同时对其特殊性和定制化需求做了详细的说明。

本文还全面系统地介绍了PXI便携式测控系统的特点和技术路线，它们是如何被越来越多的用户认可和使用的，作为台式及上架式仪器平台的强有力补充，它们又是如何配合测控领域国内外著名厂商在各种便携式测控场合发挥着越来越重要的作用。

本文提纲如下：1.测控系统无处不在2.NI在测控行业具有领导地位3.PXI总线的由来4.从PXI总线到PXIe总线5.PXI和PXIe总线持续推动测控系统升级6.测控系统对便携式的需求7.PXI便携式测控系统应运而生8.面向PXI便携式测控系统的深度定制服务一、测控系统无处不在测控系统，是一类兼具测量和控制功能的系统，在各个行业里都有广泛的应用。

在不同的测控环境下，针对不同的测控对象，测控系统会有不同的测控任务，系统中内置不同的功能模块，涵盖从数字信号到模拟信号、从低频信号到高频信号、从低吞吐量数据到高吞吐量数据等，测控系统内的软件和功能模块互相配合，执行用户预先开发好的各项测控程序。

二、NI在测控行业具有领导地位创立于1976年的National Instruments（美国国家仪器有限公司，简称NI）是测控行业当之无愧的行业领导者，其总部设于美国德克萨斯州首府奥斯汀，是一家测量行业的上市公司，在世界各地设有50多个分公司和办事处。

PXI平台应用案例--挑战模拟仿真难题众所周知，科技在我们的身边随处可见。

每天都有一些新的应用方案被发布出来，大部分是在汽车，个人电脑，机械和家庭影院等方面的，这种情况在过去的几年中是很少存在的。

每一年，都有带有更高性能和更便利的操作性的产品和系统被发布出来，而且它们常常比旧版本拥有更加实惠的价格。

我们的市场主导型经济的基础是需要生产人们会愿意购买的新产品。

在本质上，科技驱动着市场指导型经济和很多发展中国家的经济的发展。

但是，随着科技的进步，测试技术和他们的发展战略也是需要改变的。

在今天，测试的要求包括了对传感器的仿真、故障注入、高速数据传输和日益增长的准确性的要求。

在所有的这些要求都可以实现的前提下，测试吞吐量的需求不断增加，并且要求拥有更低的费用。

但是，这往往是我们的工厂中的一个巨大的难题，这似乎表明了想要继续跟随科技的发展来生产产品的前途是多么的令人担忧。

幸运的是，测试测量的工厂已经开发了一些能够满足这些需求的新的解决方案。

通常情况下，这些方案都利用到了PXI平台，这是一个引人注目的灵活的平台。

在过去的十几年间，在PXI联盟（PXISA）里有50多个会员持续地创造出一些可以适应最新的科技技术的产品。

事实上，在PXI平台上开发出来的一些独一无二的测试方案，这在其他的平台上往往是不可以实现的。

一、为什么要选择PXIPXI平台的成功在很多方面是显而易见的。

拥有很多供应商，很多产品，还有很多很多成功的应用案例，这些都是主要的原因。

除了这些，还有以下的一些理由：1．软件方面的选择很多可编程的语言，包括实时操作系统（RTOS）和专门的应用软件像硬件在环仿真（HILS），它们使得PXI变得更加容易；2．灵活的连接性能因为只有将硬件连接到被测设备中才会发挥硬件的真正的作用，所以，很多供应商都创造了很多可以相互连接并在PXI平台能够顺利工作的产品；3．企业的创造性在小规格的3U在刚发布的时候（1997年），很多人都会说当这些用到VXI 平台的时候，将会限制了接受的信号的带宽和密度。

航空发动机试验中Pxi测试系统的应用文章对航空发动机试验中Pxi测试系统的实际应用情况进行详细分析和研究，根據当前的实际情况，提升发动机各性能参数测试的准确性及有效性。

标签：航空发动机；Pxi测试系统；应用；分析在我国社会经济迅速发展的环境形势下，航空行业的整体发展势头也非常迅猛。

在航空事业的发展过程中，其自身的质量以及安全稳定性能非常重要，不仅对行业事业整体发展有非常重要的影响，而且对人们的出行安全也提供了良好的保障。

航空发动机作为飞行器的心脏，亦是其最主要的部分，其性能能够直接对飞行器的品质起到决定性作用。

地面试车台进行的航空发动机性能、功能试验的准确性、可靠性，是保障发动机安全稳定性的有力基础。

1 Pxi測试系统1987年，VXI诞生，其IEEE1014-1987在当时可以说是非常先进的PC总线，在某种程度上，加速了全球PC工业的整体发展。

在当前社会经济不断快速发展的形势下，各个领域都取得了良好的成效，PC工业的发展也同样取得了进步。

在实际操作过程中，可以看出，在PC插卡的基础上，这种数据采集板形势在经过不断的发展和改革创新形势下，已经发展为PCI总线的模块化自动测试设备系统，成为一种全新的测试平台标准。

这种仪器系统在实际操作过程中，可以说是PCI扩展的一种通用性测试系统总线，不仅能够保证自动化系统在日常操作过程中的稳定性和坚固性，而且能够减少成本。

经过一段时期的发展，Pxi技术逐渐成为自动化测试以及控制的主流平台之一，Pxi测试技术不仅拥有高通道数据采集，而且能够将测试信号进行切实有效的混合，这样不仅能够从根本上保证试验效果的准确性和有效性，而且能够将其自身的应用效果充分发挥出来[1]。

Pxi技术可以说是国防以及航空航天测控应用当中非常重要的主导技术之一。

对各类测控设备的数字化、智能化以及综合化等科技水平的高要求，无形当中加速了高性能Pxi测控产品以及系统级的整体方案的创新。

将计算机PCI总线扩展到仪器作为Pxi技术的整体发展思路，将PC以及与其相关的各个硬件自身的优势特点充分发挥出来。

PXI虚拟仪器操作指南东南大学仪器科学与工程学院2009年6月前言虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统中；可自由构建成各种专用仪器系统。

它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。

本平台为美国NI公司PXI总线的虚拟仪器，主要包括：18槽机箱（NI PXI-1045）；嵌入式控制器（NI PXI-8106）；数据采集卡（NI PXI-6233）；高速AD卡（NI PXI-6133）；R系列数采卡（PXI-7851R）；7位半数字万用表（PXI-4071）；任意波形发生器（PXI-5421）；示波器（PXI-5152）；2路CAN总线卡（PXI-8464）；4路RS422/485卡（PXI-8433/4）；I2C/SPI总线（USB-8451）；运动控制卡（PXI-7358）；运动控制软件。

虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

从电子测量仪器发展史来看，它经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器的过程。

虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。

十分符合国际上流行的"硬件软件化"的发展趋势，因而常被称作"软件仪器"。

不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。

虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。

在虚拟仪器技术发展中有两个突出的标志，一是VXI总线标准的建立和推广；二是图形化编程语言的出现和发展。

前者从仪器的硬件框架上实现了设计先进的分析与测量仪器所必须的总线结构，后者从软件编程上实现了面向工程师的图形化而非程序代码的编程方式，两者统一形成了虚拟仪器的基础规范。

PXI ――主流自动化测试平台PXI 技术概览PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）不仅是一个总线技术，同时也是一个基于PC 技术的模块化I/O 的标准，为基于PC 技术的自动化测试测量与控制系统架构添加了集成的定时和同步功能、工业级的坚固设计，以及更多的通道数。

自1997 年由NI 公司提出以来，现在PXI 已经成为一个受到全球超过70 家厂商共同支持的标准。

通常一个PXI 系统由机箱、控制器与模块化I/O 三部分所组成（见图1）。

在PXI 标准中，针对模块化仪器和CPU 之间数据传输的核心内部数据总线是带宽达到132MB/s 的PCI 总线。

此外，PXI 标准设计中需要一个专用的定时和触发总线，以进行不同模块之间的同步（见图2）。

使用PXI 架构，用户可以得益于PC 技术的低成本、易用性以及灵活性，并且便于随PC 技术发展为系统进行性能升级。

无论您是准备构建一个仪器平台、数据采集系统、自动化测试系统、工业自动化系统、或是实时控制系统，PXI 的开放式工业标准特性都能够帮助降低系统的总成本和开发时间，增强系统性能和带宽，使系统集成工作变得轻松简单，同时确保系统具有长期可维护性。

图1 典型的PXI 系统组成图2 PXI 背板集成的数据总线与定时/触发总线PXI 的广泛应用PXI 标准由PXI 系统联盟（PXISA）进行管理，这是一个由世界各地超过70 家公司共同签约的联盟，其宗旨是为了推动PXI 标准的应用，保证标准的交互操作性，并维护PXI 规范。

随着PXI 已成为一个标准平台，一些世界领先的测试系统供应商也将他们的测试解决方案转向PXI 平台，包括NI、Agilent、Pickering 在内的许多测试设备厂商均已将PXI 视为模块化仪器的主流标准。

据PXI 联盟统计，截止2010 年5 月，全球已部署的PXI 系统已经。

华中科技大学硕士学位论文基于PXI总线的雷达虚拟测试系统姓名：尹应全申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：董天临20050507华中科技大学硕士学位论文摘要随着科学技术的不断发展组建方便另一方面测试技术和测试系统是确定军工产品质量的基本手段本文论述了总线式虚拟仪器测试系统的发展历程灵活的模块化配置对于组建自定义的总线化测试系统有重要的意义提出了ＰＸＩ总线接口设计的通用方案和接口电路的设计方法及实现使用上述的设计方法全面研究了它的基本结构设计了测控软件并给出了程序流程图本文将最新的测试技术应用于军用测试系统关键词华中科技大学硕士学位论文AbstractAlong with continuous development of technologyThe testing system which is convenientAnd in military domainand it is of great importance in proving equipment level and ability for battleThe Automatic Test System based on PXI bus are applied more and more widely in various test fields for its advantages such as compact mechanical structureThe research of self-designed PXI bus interface is of great importance in building self-determined bus-based test systemthis thesis describes the structure of the test system based on PXI busit brings forward a common design scheme of PXI bus interface and the circuit implementa method of developing the drivers and soft panels of PXI instrument module is presenteda virtual testing system of radar based on PXI was designed by using the design scheme mentioned aboveEspecially the basic structureAll the performance meets the design demand by testingAcquiring expectant effect in developing module and empoldering software platform2005年5月8日学位论文版权使用授权书　本学位论文作者完全了解学校有关保留学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版可以采用影印请在以上方框内打学位论文作者签名2005年5月8日日期华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1　虚拟仪器概况测量仪器发展至今分立元件式仪器计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用新的测试领域以及新的仪器结构不断出现计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一个有机整体在上述的背景下虚拟仪器ＣＡＴ其功能由用户设计和定义虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算利用Ｉ／Ｏ接口设备完成信号的采集使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板虚拟仪器的出现硬件仅仅是为了解决信号的输入输出很方便地改变软件就是一切与传统仪器相比华中科技大学硕士学位论文（１）传统仪器的仪器功能由仪器厂商定义用户无法改变对于较复杂的场合其局限性非常明显并且虚拟仪器系统具有面向应用的系统结构而传统仪器与其它仪器设备的连接十分有限人工读数一方面带来读数误差计算机直接读数并进行数据的分析处理打印因为硬件的精密性和不可重复性且技术更新慢软件一经开发因而其价格低廉其开发和维护的费用也是比较低的　（４）虚拟仪器开发灵活　近些年来通用性对于一个接口系统是最为重要的：要把不同国家需要各个厂家的产品具有相同的接口协议从市场发展的角度来讲这需要国际工业标准的建立和采用在用户和厂商的推动下　现代军用测试系统的发展方向是三化：标准化其中总线接口是自动测试系统的核心华中科技大学硕士学位论文设计验证建立在ＶＸＩ，　ＰＸＩ等各种测试总线标准上的ＡＴＥ将是今后发展的基本方向[7]ÐéÄâÒÇÆ÷µÄ·¢Õ¹´óÖ¿ɷÖΪÈý¸ö½×¶ÎGeneral Purpose Interface Bus¶¨ÎªÃÀ¹ú¹ú¼Ò±ê×¼GPIB×ÜÏߵĺËÐĽ»»»¼¼Êõ½Ð×öÄÜÈ·±£ÊÕ·¢Ë«·½ÐÅÏ¢¸ßËÙ´«Êä¶ø²»¶ªÊ§´ÓÄ¿Ç°µÄÓ¦ÓÃÇé¿öÀ´¿´VME Bus eXtension for IntrumentationÆä×ÜÏßÖÆ×÷ÔÚ»úÏäµ×°åÉÏÔö¼ÓÁË10MHZʱÖÓÏ߶¨Ê±¹ØϵÑϸñΪ×Ô¶¯²âÊÔ¼¼ÊõµÄ·¢Õ¹ÌṩÁËеļ¼ÊõÖ§³Ö[8]VXIµÄÓ¦Ó÷¶Î§Ô½À´Ô½´ó»úÔØ»ú¶¯²âÊÔÖлùÓÚPCI×ÜÏߵIJâÊÔϵͳӵÓгÉÊìµÄÓ²¼þ»ù´¡ÆäÁé»îÐÔʹµÃ»ùÓÚPCI×ÜÏߵIJâÊÔÒÇÆ÷³ÉΪÁ˼ÆËã»úÒÇÆ÷µÄÖØÒª·¢Õ¹·½Ïò[10]PCI×ÜÏ߲忨ʽ²âÊÔÒÇÆ÷ÔÚ¿É¿¿ÐԺ;«È·²âÊÔ¿ØÖÆ·½Ãæ´æÔÚ²»×ãÂß¼-·ÖÎöµÈ华中科技大学硕士学位论文厂商利用从ＰＣＩ总线中延伸出来的总线体系应用到测试领域ＮＩ公司发布了一种全新的开放性它将ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范定义的ＰＣＩ总线技术发展成适合于试验从而形成了新的虚拟仪器体系结构但由于它基于ＰＣＩ总线体积更紧凑在上面所述的３种总线形式的虚拟仪器类型中ＰＸＩ系统与它们相比数据采集及工业自动化应用中要求更高的机械　ＰＸＩ扩充了ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性对ＰＸＩ来说从而产生大量的基于ＰＣＩ的硬件驱动程序操作系统与应用程序因此它增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟故ＰＸＩ更能满足试验和测量用户的要求华中科技大学硕士学位论文ＰＸＩ将Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　９５定义为其标准的系统软件框架因此保护了多供应商产品的兼容性所有的ＰＸＩ外设必须包括相应的设备驱动软件以降低最终用户的开发成本软件特性是采用成熟ＰＣ技术的直接结果现阶段功能性测试PXI架构于商用PC开放的理念之上随着更多的厂商加入PXI设备提供者的行列随着科学技术和生产工艺的不断进步灵活多样测试工作量的急剧增加速度因此在军事领域是武器系统发挥威力的保障生产故障隔离效率提高３０％之多提高现代武器装备战斗力和综合测试保障能力的高效率武器[12]·ÂÖƵ½×ÔÐÐÑз¢µÍµµÒÇÆ÷ÖÆÔ칤Òյȷ½ÃæÓë¹ú¼ÊÏȽøˮƽ»¹´æÔںܴóµÄ²î¾à华中科技大学硕士学位论文技术落后（２）多功能更新换代慢（３）数字化标准化程度低（４）新产品设计手段和工艺落后我军急需能跟上世界较先进水平的ＡＴＥ系统测试系统的待测试内容和测试技术在广度和深度上均有了巨大的变化测试技术从使用单台仪器进行测试转变为利用模块化特性组建测试系统进行测试数字化因此　本文研究利用ＰＸＩ它的标准如何将直接影响到雷达效能的发挥传统的测试方法是利用随机配发的测试仪器进行通用性差人为因素影响较大然而８０３２微波信号源等要进行测试只有到现场那么进入现场的仪器需要几十台华中科技大学硕士学位论文不高急需一种体积小于是研制了基于ＰＸＩ总线的雷达末制导虚拟仪器式自动测试系统处理和判断并且在测试精度　总之增加测试系统的功能　1.4.2 本论文主要研究的问题本文首先论述了总线式虚拟仪器测试系统的发展历程灵活的模块化配置对于组建自定义的总线化测试系统有重要的意义提出了ＰＸＩ总线接口设计的通用方案和接口电路的设计方法及实现使用上述的设计方法全面研究了它的基本结构设计了测控软件并给出了程序流程图过去雷达由于没有这种保护措施２７Ｖ电源将经多路模拟开关依次检测的上述电压下限报警值及上则发出声若再超出上分别自动切断它是一种基于图形编程语言图形符号华中科技大学硕士学位论文即可完成对信号的测量基于ＬａｂＶＩＥＷ　软面板美观操作简单自动测试系统就能按测控流程自动完成１００多个参数的测试和显示４个小时才能完成1.5 本章小结本章首先介绍了虚拟仪器的概况华中科技大学硕士学位论文2 PXI总线的测试系统体系结构及驱动程序设计2.1 PXI总线测试系统的组成ＰＸＩ总线标准的制订是为了满足仪器和自动化领域用户不断增长的性能和功能需要基于ＰＸＩ总线的自动测试系统是一种模块化的虚拟仪器ＰＸＩ系统可以完成信号采集使用什么样的功能模块是根据用户的实际需要来决定的这体现了模块化结构的优点一一升级和更新十分方便总线化测试系统的关键技术是背板总线的实现它负责承载整个系统的背板总线阻抗匹配的连接器但是增加了单位系统内可用的插槽数目ＰＸＩ机箱的连接器与ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ相同（２）星型触发总线这些高精度的仪器总线通常只有在专用系统和高端的ＶＸＩ系统中才能见到主动式风冷系统ＰＸＩ机箱为实现工业环境中的大多数高级测试和自动化应用提供了良好的硬件平台华中科技大学硕士学位论文的互用性但是还是为用户提供了很好的升级选择是否集成信号调理模块（ＳＣＸＩ　）　ＰＸＩ系统控制器模块有三种类型[19]：多系统扩展接口模块（ＭＸＩ　，Ｍｕｌｔｉｓｙｓｔｅｍ　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）用户可以通过台式ＰＣ机或另一个ＰＸＩ机箱来配置和控制ＰＸＩ机箱中的功能模块ＭＸＩ扩展模块也可以用于将数个ＰＸＩ或ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ机箱连接在一起在所有的ＭＸＩ扩展应用中配置和控制扩展机箱上的模块的操作是透明的上面集成了主板控制器硬盘存储器并口方便网络数据共享和与其他总线的测试仪器通讯嵌入式控制器模块搭配上通用的Ｗｉｎｄｏｗｓ系统以及用户编写的虚拟仪器程序用户在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统和ＬａｂＶＩＥＷ实时开发环境下开发自己的应用程序必须搭配特定的功能模块才能完成更多测试任务ＰＸＩ总线功能模块主要可以分成六大类数百种模块：总线接口类模块信号调理类ＳＣＸＩ模块利用各种易于使用的软件开发平台华中科技大学硕士学位论文利用ＰＸＩ总线规范的开放性用户自行设计开发的ＰＸＩ配件通常以ＰＸＩ外围功能模块为主然后才能按照规范的要求和自己的需要来进行设计和开发工作与之前的版本内容分类方法不同电气图２－１　ＰＸＩ　总线体系结构　在介绍ＰＸＩ规范之前华中科技大学硕士学位论文2.2 PXI与PCI总线的联系ＰＣＩ总线是外设部件互连总线ＰＣＩ总线是先进的高性能的局部总线采用高度综合化的局部总线结构采用３３ＭＨｚ同步时钟和３２位数据总线采用总线主控和同步操作即插即用较强的扩展性还可以实现５Ｖ向３．３Ｖ的过渡图２－２显示了一个基于ＰＣＩ总线的个人计算机的结构华中科技大学硕士学位论文ＰＣＩ总线的提出和发展极大的促进了个人计算机的在２０世纪９０年代的发展及应用　可是而且提出了ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线标准坚固的ＰＣＩ系统但改用了欧式卡（Ｅｕｒｏｃａｒｄ　）工业组装标准使得ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ的一个总线段内可以支持８个总线设备使得整个系统的可维护性和可靠性都有了很大的提高实现了连接器电源和信号线对热交换规范的支持实时机器控制器　ＰＸＩ总线比ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线更进一步借用了ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ标准的外形及机械特征整个ＰＸＩ规范涵盖的范围也比这两者要广下面将分别介绍ＰＸＩ总线体系中的硬件和软件规范可以直接上ＰＸＩ系统联盟主页上免费下载或通过其他途径获取ＰＸＩ规范分为硬件规范和软件规范华中科技大学硕士学位论文2.3.1 机械规范要求参照ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ机械规范的定义为了方便系统集成这是从ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范中延伸而来的假如系统控制器模块占用不只一个总线槽位不支持ＰＸＩ功能模块只是建议用户不应该这样使用）每个系统控制器模块必须明确注明它将占用几个系统扩展槽位和外围槽位　如果使用了星型总线触发控制器并且每个物理槽位都会标以一个唯一的标号应该仔细查阅ＰＸＩ规范中关于这些标示文字ＰＸＩ的６Ｕ机箱支持两个３Ｕ模块的堆叠使用下方槽位的标号命名方式与３Ｕ机箱中的相同这表明假如上方的槽位不支持３Ｕ模块　规范中对环境测试也进行了规定系统控制器和外围模块都应该经过保存和运行的温度试所应进行的环境测试内容和测试流程应该参考ＩＥＣ　６００６８标准假如系统生产商需要生产和销售ＰＸＩ部件华中科技大学硕士学位论文须参考规范中的要求和有关的文献假如散热性能不好自身的散热问题更应该被仔细考虑插入式模块的生产商必须向用户注明在正常运行条件下该模块的消耗功率机箱必须提供主动的冷却设置否则无法保证己插入模块获得正确的冷却路径有关ＰＸＩ部件设计的接地要求和电磁兼容性要求以及电子防护和ＰＸＩ机箱华中科技大学硕士学位论文的附加要求请参照最新版的ＰＸＩ硬件规范及相关文件的叙述许多ＰＸＩ兼容系统的模块可能并不需要实现ＰＸＩ规范中的特性用户可以直接将该模块插入到ＰＸＩ机箱中使用但是将ＰＸＩ模块插入到该机箱中可能无法保证正常工作图２－４显示了这种互用性系统控制器和背板的电气要求电源供应和６Ｕ卡实现的关键对于需要自行设计ＰＸＩ部件的用户包括３２位总线模式映射于Ｐ１／Ｊ１连接器的信号和６４位模式映射于Ｐ２／Ｊ２连接器的信号；另一类是ＰＸＩ总线的特有华中科技大学硕士学位论文信号局部总线信号和星形触发总线信号这意味着ＰＸＩ模块Ｊ１连接器和ＰＸＩ背板Ｐ１连接器与ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范完全兼容　ＰＸＩ系统中第一个ＰＸＩ总线段上的背板ＰＸＩ设备ＰＸＩ系统中第一个ＰＸＩ总线段上的背板ＰＸＩ设备这个规则遵照的是ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ的规范要求这允许用户自行定义背板的输入输出信号ＰＸＩ新定义的引脚利用了ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ规范中保留或未使用的引脚另外需要注意的是都不能使用或连接ＰＸＩ连接器中标示为ＰＸＩ　ＢＲＳＶ的保留信号引脚；但是如果是设计ＰＸＩ背板请参照新版ＰＸＩ硬件规范中的有关叙述用户可自定义的总线以实现在ＰＸＩ总线带宽之外的高速数据传输华中科技大学硕士学位论文线引脚分配是用户自行定义的系统控制器模块并不应用局部总线的引脚类似的例如将局部总线扩展到另一个ＰＸＩ总线段的局部总线图２－５　局部总线和星形触发总线的连接　规范定义的外围模块局部总线要求如下：外围模块驱动到局部总线的电压幅值不超过士４２Ｖ外围模块可以将其局部总线的左右扩展线路直接连接以使局部总线信号可以传递到附加的模块上在外围模块中在外围模块中除了连接到地线上的信号外围模块可以将局部总线引脚上拉到Ｖ　（Ｉ／Ｏ）华中科技大学硕士学位论文以避免上电时它们处于不定状态利用同步的触发测试信号ＰＸＩ背板提供了一个公共的参考时钟ＰＸＩ＿　ＣＬＫ１０用于多模块的同步操作这限制了它不能用于模块间同步的参考这个信号可以为多模块同步操作提供公共参考在指定的运行温度和运行时间里其精确度必须在士１ＯＯｐｐｍ以内ＰＸＩ＿　ＣＬＫＩＯ信号以２．Ｏ　Ｖ为传输点进行测量的时候必须具有５０％士５％的占空比背板必须保证槽位间的时延不超过１ｎｓ为了避免在时钟切换过程中当前系统状态被假信号破坏连续的同极性边沿之间至少要大于８０ｎｓ触发总线可以用于触发和时钟传送但是用户在使用触发总线的时候不一定只能使用已定义的协议ＰＸＩ触发总线包括８个信号线：ＰＸＩ＿　ＴＲＩＧ［０：７］用户可以根据自己的需要来决定是否需要应用　ＰＸＩ　触发总线的功能但是如果使用了华中科技大学硕士学位论文触发总线信号ＰＸＩ规范中还定义了一个星形的触发总线形成一个星形的拓扑形状由于星形触发槽位与系统槽位没有局部总线连接（参见前述说明）在超过两个ＰＸＩ总线段的系统中ＰＸＩ硬件规范中没有指定星形触发模块的功能监视从外围槽位中返回的触发情况星形触发结构保证了系统中每个模块有一条专用信号线另外规范对ＰＸＩ背板规定了特殊的布线要求前图２－５也显示了星形触发总线的连接方式事实上用户在设计ＰＸＩ部件以前另外ＰＸＩ连接器（包括Ｊ１／Ｐ１和Ｊ２／Ｐ２）在不同槽位（系统控制器槽位和外围槽位）的引脚定义只讨论了与ＰＸＩ系统相关的软件特性华中科技大学硕士学位论文支持与硬件规范一起组成整个ＰＸＩ规范制订软件规范的目的是以标准硬件描述文件来定义ＰＸＩ硬件部件的规格和促进ＰＸＩ厂商软件要求的互用性硬件资源管理可以看到新版的软件规范将重点放在利用硬件描述文件来进行硬件资源管理和系统初始化等的工作通过标准的文件格式系统集成商可以实现诸如物理槽位的识别和机箱的识别的易于使用的特性ＰＸＩ软件规范的第二个目的是定义标准的操作系统框架和与现有仪器软件标准的互用性尽管利用标准ＰＣＩ硬件枚举技术可以识别ＰＣＩ硬件和它们的功能ＰＸＩ硬件描述文件的主要作用是使应用程序和设备驱动软件通过它们的机箱号和槽位号而不是通过低用户友好性的ＰＣＩ逻辑地址特性（ＰＣＩ总线号通过将ＰＸＩ系统描述文件作为查找表ＰＸＩ硬件描述文件的另一个作用是用于管理ＰＸＩ平台系统的资源它必须由一个中央管理工具来保证资源使用没有冲突ＰＸＩ硬件描述以ＡＳＣＩＩ文本文件的格式保存在扩展名为．ｉｎｉ的文件中华中科技大学硕士学位论文为了方便用户阅读和应用程序或驱动程序进行分析系统描述文件用于描述完整的ＰＸＩ系统和包含的ＰＸＩ部件（模块）有关硬件描述文件的格式和内容的具体要求ＰＸＩ规范附加的软件要求包括对标准操作系统的支持（例如Ｗｉｎｄｏｗｓ　９ｘ／Ｍｅ．　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ，　Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００和Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ）ＰＸＩ在总线级定义了让不同厂商的产品共同工作的标准ＰＸＩ规范软件框架的定义要求ＰＸＩ系统控制器和外围模块都必须支持３２位Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统框架外围模块必须提供在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下安装提交给用户的常常只是一本用户手册减轻了用户的负担这样保护了用户在现有仪器软件上的投资应该仔细参照ＰＸＩ规范中的软件规范要求尽管在购买虚拟仪器设备的同时附带了常用的应用软件华中科技大学硕士学位论文模块的驱动程序使操作系统平台可以安装以便控制模块完成特定的功能　图２－６　测试系统中的模块驱动程序与应用程序的逻辑关系 另一方面在软面板上用户可以象操作实际的物理设备一样操作仪器模块2.6 PXI总线功能模块驱动程序开发美国微软公司开发的Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统是一种功能强大在ＰＣ机操作系统领域占领着很大的市场份额大多数的最终用户都可以很快熟悉和使用直观明了的仪器软面板用户可以根据自己的需要和对开发工具的熟悉程度来选择适合自己的开发平台华中科技大学硕士学位论文2.6.1 用WinDriver开发驱动程序ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ是Ｊｕｎｇｏ公司提供的一个设备驱动程序开发组件不需要熟悉操作系统的内核尽管是用户态程序象开发用户态那样简单ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ驱动程序体系的结构图如图２－７所示：　图２－７　ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ　驱动程序体系结构图　ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ为用户提供了从用户层访问硬件的简单方法利用这项功能如果认为性能不满意这样节约了开发时间华中科技大学硕士学位论文2.6.2 驱动程序设计过程用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ来设计硬件驱动程序的方法有两种首先让系统检测到新硬件运行ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ提供的Ｄｒｉｖｅｒ　Ｗｉｚａｒｄ在Ｄｒｉｖｅｒ　Ｗｉｚａｒｄ资源窗口中诊断和调试卡的功能通过Ｄｒｉｖｅｒ　Ｗｉｚａｒｄ生成对应某种编程语言（Ｃ，　Ｃ＋＋或Ｄｅｌｐｈｉ　）的驱动程序框架代码使用任何一种３２位的编译器来编译需要的驱动程序也可以不使用Ｄｒｉｖｅｒ　Ｗｉｚａｒｄ而直接编写驱动程序以使编译器可以找到它（３）　在程序需要获得ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ句柄的起始处调用ＷＤ＿　Ｏｐｅｎ（）函数以特定的配置信息打开设备句柄如果使用ＷＤ＿　ＣａｒｄＲｅｇｉｓｔｅｒ（）函数返回的内存映射的线性地址　（６）　如果使用中断如果要停止中断响应可调用ＷＤ　＿ＩｎｔＤｉｓａｂｌｅ（）函数来实现先调用ＷＤ＿　ＣａｒｄＵｎｒｅｇｉｓｔｅｒ　（）程序中注册的卡信息华中科技大学硕士学位论文然后调用ＷＤ＿Ｃｌｏｓｅ（）关闭ＷｉｎＤｒｉｖｅ设备驱动程序[29]°²×°Íê³ÉÁËÇý¶¯³ÌÐòµÄ¿ª·¢Ö®ºó»¹ÐèÒª½øÐÐÈíÃæ°åµÄ¿ª·¢ÈíÃæ°åʹÓÃͼÐÎÏÔʾºÍÊó±êÇý¶¯µÄ½çÃæÃæÏò¶ÔÏóµÄÉè¼ÆµÈÈí¼þ˼ÏëVpp¹æ·¶µÄµÚÆßÕ¶ÔÈíÃæ°åÉè¼ÆµÄ»ù±¾¹æ¶¨×ܽáÈçÏÂ(2)ËùÓеÄVppÈíÃæ°å±ØÐëÔÚÖ÷´°¿ÚÓÒÉϽǴ¦ÏÔʾVXI p lug&playµÄ±êÖ¾¶Ô»°¿òÖÐÏÔʾÈíÃæ°åµÄÌṩÉÌͬʱÔÚÖ÷½çÃæÓÒÉϽÇÇøÓòÏÔʾ×Ô¶¯Á¬½ÓµÄÐÅÏ¢µ±Á¬½Ó³É¹¦Ê±Ö¸Ê¾µÆÑÕÉ«Ó¦ºÍ±³¾°ÑÕÉ«Ïàͬ²¢ÇÒÌṩһ¸öÏÔʾ×Ô¼ì½á¹ûµÄÎı¾¿ò华中科技大学硕士学位论文2.7.2应用平台的选择由于对于仪器软面板设计的规定并不是强制性的在了解了软面板的设计要求之后可以选择开发软面板的开发应用平台它具有下列的特点　（２）提供了丰富的数据采集如设置断点使程序动画式运行（４）３２位的编译器生成３２位的应用程序（５）提供了ＤＡＱ，　ＧＰＩＢ，　ＰＸＩ，　ＶＸＩ，　ＲＳ－２３２／４８５在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数诸如ＤＬＬｓ（动态连接库）支持常用的网络协议方便测控等）得到了广泛的应用[30-31]±¾ÎÄʹÓõÄÊÇÓ¦ÓÃÖбȽÏÆÕ±éµÄ 6.1°æ±¾¸ÃͼÐλ¯³ÌÐò¾ÍÐéÄâÒÇÆ÷³ÌÐò华中科技大学硕士学位论文ＶＩ程序由两个部分组成：前面板界面与流程图程序（又称框图程序）设计者需要规划所设计的软面板的功能进行控件属性的编辑在前面板上的控件有两种类型：输入控制类（Ｃｏｎｔｒｏｌ）采样点数目以及仪器的运行控制等仪器工作状态的显示等需要编写流程图程序实现所需要的功能从功能（Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）模板中选择并放置需要的流程图节点和图框（程序运行结构）图框依次相连它可以是数据流的源头或终点端口还可以分为前面板对象端口端口可以通过在前面板设计窗口中放置控件而在流程图中自动产生运算等子程序的调用节点有两种类型：函数节点和子ＶＩ节点后者是ＬａｂＶＩＥＷ　自带的ＶＩ图标或者用户自己生成的子ＶＩ图标例如Ｆｏｒ　Ｌｏｏｐ循环它决定了仪器程序的运行过程数组各种运算等语句代码都用可视化的图标表示华中科技大学硕士学位论文程语言的工程师也可以随心所欲的编制流程图程序按照ＰＸＩ规范的分类对ＰＸＩ总线的硬件和软件规范做了简要的介绍华中科技大学硕士学位论文3 基于PXI总线的雷达电源检测与报警模块设计3.1 基于PXI总线的雷达测试系统简介3.1.1 测试对象特性及主要测试任务本课题选择了国产某新型飞航导弹上的导引头功能强测试项目最多的功能单元１０７个参数抗干扰测试和微波暗箱测试时间参数且动态范围宽检查雷达上的各种指令雷达出厂交付军方时技术阵地在组建的测试系统中还必须配置模拟目标运动的目标模拟器模拟干扰信号强弱变化和距离远近的程控干扰信号源系统除应具有自检手动自动打印等功能3.1.2 系统构成根据测试对象的特性及主要测试任务华中科技大学硕士学位论文图3-1 雷达自动测试系统原理方框图　这是一个以ＰＸＩ总线为主，辅以ＧＰＩＢ总线的混合系统由ＰＸＩ主机箱内部的仪器模块完成机箱可选用ＮＩ公司的带有内置控制器的标准机箱对于专用模块采取自我设计它是由底座喇叭天线通过卡盘波导固定在水平臂和垂直臂的运动丝杠上喇叭天线就可在水平或垂直方向上作直线运动丝杠可带动喇叭天线在水平方向上移15mmÆä×÷ÓÃÊǽ«华中科技大学硕士学位论文力矩马达的圆周ＴＴＬ电平ＴＴＬ电平即è时当则雷达天线处于搜索状态称为雷达的搜索图３－２　模拟雷达搜索角示意图　该雷达的跟踪角为±7°定位电流测量系统中又使用了１６通道高压多路转换器为了完成时间参数测量华中科技大学硕士学位论文本文选用了一块多功能计数器模块航向战斗指令而高电平又该模块既可使测试系统与雷达在电气上完全隔离高压距离测定远近自调频手动等开关量指令目标模拟器控制模块是一种带有智能芯片的器件Ｂ两相数字脉冲信号的相位关系和脉冲个数该脉宽调制在ＰＩＤ调节算法中可以通过反复调整ＰＩＤ参数目标模拟器驱动模块用作ＰＷＭ信号的功率放大雷达电源监控报警模块是根据雷达的安全要求设计的一种专用模块根据目前市场上拥有的产品和技术有以下几种接口设计方案可供选择用CPLD实现CompactPCI和PXI扩展的功能但有一点不同如果是除此以外。