基于PXI的虚拟仪器测试技术

基于PXI的虚拟仪器测试系统
陈万里;王丽霞
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2007(014)006
【摘要】介绍了基于 PXI 总线的虚拟测试仪的应用,并剖析了基于PXI总线的虚拟仪器测试系统的智能性.实时性,可靠性、模块化,可扩展性等特点.对虚拟仪器的未来形式进行了展望.
【总页数】2页(P67-68)
【作者】陈万里;王丽霞
【作者单位】黄河科技学院,河南,郑州,450063;黄河科技学院,河南,郑州,450063【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于PXI虚拟仪器的机械工程测试系统设计 [J], 郭艳珠
2.基于PXI虚拟仪器的机械工程测试系统开发 [J], 郭艳珠;李晓茸
3.基于PXI和虚拟仪器的汽车发动机电控单元测试系统 [J], 刁春敏
4.基于PCI/PXI/VXI总线的虚拟仪器测试系统 [J], 鲍芳;冯燕
5.基于PXI总线和虚拟仪器的智能传感器测试系统 [J], 张林锐;唐力伟;栾军英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

GPIB、VXI、PXI、LXI各种线及自动测试系统GPIB、VXI、PXI、LXI仪器自动测试系统1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。

2基于GPIB总线技术的自动测试系统2.1GPIB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。

基于虚拟仪器的阻抗自动测量系统的研究摘要随着计算机技术的发展，仪器仪表领域也开始发生巨大的变化，从传统仪器、智能仪器开始向虚拟仪器发展。

虚拟仪器以其强大的存储、数据显示和数据分析优势，逐渐受到重视。

虚拟仪器技术通过软件将计算机与仪器硬件相结合，很好地将计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的现场测量、控制结合在一起。

不仅降低了仪器的生产成本，还提高了仪器的性能，从而得到广泛的应用。

另外，随着现代科学技术的进步，阻抗的测量逐渐成为各类电子产品的研究基础。

目前，阻抗测量技术已在生物医学、工业测控、电力控制等领域有广泛的应用。

为了满足高校实验室对电子元器件及其附属参数的测量需求，本文设计了一种基于虚拟仪器的阻抗测量系统。

本文通过将虚拟仪器技术与传统硬件相结合，设计实现了一种通过伏安法对阻抗参数进行测量的系统。

其主要工作原理为：将阻抗的测量转换为矢量电压的测量，再利用获得的矢量电压的实部和虚部的数字量与被测参数之间的关系，将其转换为待测量。

本系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要包括通过FPGA设计实现的信号源模块、阻抗/矢量电压转换模块、相敏检波模块、A/D转换模块和通信模块。

其具体的实现主要为利用FPGA设计实现系统正弦激励信号与基准信号的产生；通过相敏检波将采集到的矢量电压信号进行实部和虚部分离；利用低通滤波器滤除干扰信号；再通过A/D转换芯片将采集到的模拟电压信号转换为数字信号；通过系统总线将数据传输到计算机，并对数据进行处理和显示。

软件部分是利用虚拟仪器软件LabVIEW设计实现仪器的数据处理、显示和控制界面，并通过动态链接库的调用来执行仪器操作。

关键字：虚拟仪器技术，阻抗测量，FPGA，LabVIEWResearch of Automatic Impedance Measuring System Based onthe Virtual InstrumentAbstractWith the development of the computer technology, the field of instrumentation begins to change dramatically from traditional instruments and intelligent instruments to virtual instruments. Due to its strong advantages on storage, data display and data analysis, the virtual instruments have gained more attention. Virtual-instrument technology combines the computer and the instrument hardware together using software. It combines the excellent data processing ability of computer with the measurement，and controlling ability of instruments hardware together in this technology. Consequently, not only the cost of the production is reduced, but the instrument performance is also improved. Therefore, the virtual instrument has been widely used.In addition, with the progress of modern science and technology, the measurement of impedance has gradually become the basis of all kinds of electronic products.At present, the impedance measurement technology has been widely used in biomedical science, industrial measurements, power control and other domains.In order to satisfy the measurement requirements of electronic components and their subsidiary parameters in the university laboratory, a kind of impedance measurement system based on virtual instrument is designed in this paper.Based on the combination of virtual instrument technology and traditional hardware, this paper designs and realizes a system to measure the impedance parameters using the volt-ampere method.Utilizing the relationships between the real and the imaginary parts of the voltage vector and the complex impedance, the measurement of the complex impedance can be converted to the measurement quality of the voltage vector. The process can effectively improve the precision of the system.The system consists of two parts: hardware and software. The hardware part is mainly composed of the signal source module designed by FPGA, the conversion module of impedance to voltage vector, themodule. The design and realization of sinusoidal excitation signal and the reference signal is utilized by FPGA. We separate the real and imaginary parts of the voltage vector by the phase sensitive detection, and filter out the interference by a low pass filter. Then the collected signal is converted to a digital signal by an A/D conversion chip. The data will be transmitted to the computer through a communication bus of the system, and then it will be processed and displayed.The software part realizes the data processing, display and control using the virtual instrument software LabVIEW.And the operation of the instrument is performed by calling dynamic link libraries.Keywords:Virtual instrument technology, Impedance measurement, FPGA, LabVIEW目 录第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3虚拟仪器技术简介 (4)1.3.1 虚拟仪器概念 (4)1.3.2 虚拟仪器的构成 (4)1.3.3 虚拟仪器的发展 (5)1.4虚拟电子测量系统 (5)1.4.1 虚拟电子测量系统介绍 (5)1.4.2 虚拟电子测量系统的构成 (6)1.5主要研究内容 (7)第2章阻抗测量理论及方法分析 (9)2.1阻抗自动测量系统主要性能和预期指标 (9)2.2阻抗简介 (9)2.2.1 阻抗的定义 (9)2.2.2 阻抗的表达方式 (10)2.2.3 被测件的等效电路 (11)2.3阻抗的测量方法 (12)2.3.1 谐振法 (12)2.3.3 伏安法 (14)2.3.4 网络分析仪法 (15)2.4阻抗测量方法的对比 (16)2.5本章小结 (17)第3章阻抗测量系统的原理及总体设计 (18)3.1阻抗测量系统的原理 (18)3.2系统的总体设计 (22)3.2.1 系统的硬件设计 (22)3.2.2 系统的软件设计 (23)3.3本章小结 (24)第4章系统硬件设计及实现 (25)4.1信号源模块 (25)4.1.1 信号源设计的方案与对比 (25)4.1.2 信号源的实现 (27)4.1.3 FPGA实现 (28)4.2阻抗/矢量电压转换模块 (30)4.2.1 阻抗/矢量电压转换原理 (30)4.2.2 连接电路设计 (31)4.2.3 电路实现 (32)4.3相敏检波模块 (32)4.3.1 相敏检波原理 (33)4.4A/D转换模块 (35)4.4.1 ADS1232芯片 (36)4.4.2 A/D转换电路的实现 (36)4.5通信模块 (36)4.5.1 通信模块工作原理 (36)4.5.2 通信模块的实现 (37)4.6电源转换模块 (38)4.7系统硬件实物图 (38)4.8本章小结 (39)第5章软件设计 (40)5.1系统设备驱动程序 (40)5.2应用程序的开发 (42)5.2.1 LabVIEW简介 (42)5.2.2 软件程序框图 (43)5.2.3 系统前面板设计 (46)5.3本章小结 (46)第6章系统性能测试及误差分析 (47)6.1系统工作流程介绍 (47)6.2数据测试及对比 (48)6.2.1 电阻的测量 (49)6.2.2 电容的测量 (50)6.2.4 附属参数测量 (52)6.3误差分析 (53)第7章总结 (55)7.1本文主要完成的工作 (55)7.2系统存在的不足及展望 (56)参考文献 (57)作者简介及科研成果 (61)致谢 (62)第1章绪论1.1 研究背景及意义测量是我们认识和改造自然界的一种重要手段，对任意一种研究对象，只要想对其进行定量评价，就需要通过测量来实现[1]。

基于虚拟仪器技术的电路测试研究电路是电子工程学科的基石之一，而电路测试则是电路设计和制造的关键环节之一。

传统的电路测试方式主要是使用实物仪器，但是这种方式存在着不便携、测试成本高等问题，而基于虚拟仪器技术的电路测试则能很好地解决这些问题。

本文将从以下几个方面展开讨论。

一、虚拟仪器技术介绍虚拟仪器技术是指基于计算机软件和硬件的一种仪器测试方法，它能够模拟出传统实物仪器的测量功能，并且能够完成更多的其他测试任务，例如数据采集、信号分析和仪器自动化控制等。

虚拟仪器技术的核心是通过计算机软件来模拟各种电路测试仪器，同时具备精度高、成本低、便携等优点，已经成为现代电路测试领域中的重要技术。

二、虚拟仪器技术的电路测试应用在电路测试应用方面，虚拟仪器技术可以模拟诸如示波器、频谱分析仪、数字多用表等传统实物电路测试仪器，可以输出测量结果、生成测试报告等。

此外，虚拟仪器技术还可以控制实际仪器完成不同测试任务，并可以连接通信网络进行数据传输和处理，为测试分析提供更加方便、快速、准确的手段。

三、虚拟仪器技术的特点1、精度高虚拟仪器技术可以实现数字信号处理、数据采集等功能，相较于传统实物仪器精度更高，不受环境因素影响，并且可以做到零误差测量，在设计出测试方案时提供更为准确的数据。

2、成本低虚拟仪器技术大多低于实物仪器，虚拟仪器所需要的设备和软件成本较低，不仅易于采购，而且可根据产品使用情况进行灵活配置。

3、便于携带由于虚拟仪器技术硬件设备小巧、轻便，可以随时携带，因此在各种测试场合都能够实现自身的功能，这一点可以大大提高电路制造方面的效率。

四、虚拟仪器技术在电路测试中的应用实例1、模拟电路测试在模拟电路测试方面，虚拟仪器技术可以模拟测试各种模拟电路的基本参数，例如电流、电压、功率等，在测试过程中能够实现高精度测量，并且可以通过数据处理和分析实现更加准确的测试结果。

2、数字电路测试在数字电路测试方面，虚拟仪器技术不仅可以用于物理信号测试，而且可以处理数字信号，并与计算机软件协同工作，实现自动测试、自动分析，从而提高电路测试的快速性、精确性和效率。

文章编号：1007-757X(2010)5-0045-02基于虚拟仪器的传感器自动测试系统设计与实现李波，何黎明，王林摘要：传感器的检测需要测试传感器在不同工作环境下的性能，整个过程持续时间长，需要设定传感器所处的环境温度与压力，并且每隔一段时间需要记录传感器当前的参数值。

在传统的传感器检测系统中，这些操作都是人工完成的，效率比较低，随着被测试的传感器产品增加，人工的测试系统已经无法满足日益增长的工作量需求。

该文基于虚拟仪器技术设计了一套传感器自动测试系统，提高了测试效率，实现了传感器温度性能的自动测试系统，明显优于传统传感器检测系统。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW ；传感器检测中图分类号：TP274文献标志码：A0引言传感器广泛应用于工业领域中，需要适应各种工业环境，因此传感器在环境的改变情况下性能的稳定性就很重要，需要通过严格的测试才能投入使用。

传统测试系统中，把传感器放置在温度试验箱中，由人工监测整个测试过程，包括调整试验箱温度，设定温度持续时间，定时记录传感器的性能参数等等，整个测试过程持续时间比较长。

随着被测试的产品增加，传统的依靠人工系统已经不能满足生产的要求。

本文设计了基于PXI 总线技术和虚拟仪器平台的传感器测试系统，采用了NI 的7位半高性能数据采集卡PXI-4071和矩阵开关PXI-2503，实现了多个传感器温度性能的自动测试，改善了传统测试系统中配置时间长、效率低的问题。

1传感器温度的性能测试传感器温度性能的测试，需要采集传感器内阻在不同温度下的变化规律。

为了方便测量，本文通过电桥电路把传感器电阻的变化，转换为电桥输出电压的变化。

采集到电压数据后，通过处理和计算得出温度性能参数并给出测试结果。

1.1传感器测试的电桥电路图1传感器测试电桥电路图其中，Rs1，Rs2，Rs3是3个标准电阻，R 是传感器的等效电阻，传感器的电阻值随着温度变化电阻有波动。

假设电源供电电压为V s ，我们需要采集的信号为：1()32o R R s V V sR s Rs =×从上面公式可以知道V o 的变化跟传感器电阻值R 的变化成正比的。