复习 一、虚拟仪器系统的软件标准化的发展 二、VPP规范概述 三、VPP系统框架 1、10种系统框架，五种基本、五种派生系统 2、系统框架元件 ，软、硬件结构 2017/2/26

复习 四、虚拟仪器软件结构 VISA：Virtual Instrumentation Software Architecture 1、虚拟仪器系统框图 2、VISA的作用及应用 3、常见的VISA数据类型及VISA函数 2017/2/26

虚拟仪器系统框图 系统软件结构 仪器驱动程序动接口 通信接口 (VISA库) I/O接口软件 仪器接口 系统硬件结构 2017/2/26

复习 4、用VISA操作仪器的步骤 五、仪器驱动程序开发 1、外部接口模型 2、内部设计模型 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 独立的仪器一般具有操作面板，通过面板的旋钮、开关、按键等来控制仪器硬件。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 虚拟仪器软面板 虚拟仪器一般没有了操作面板，必须借助PC机作为其数据分析与显示的工具，利用PC机强大的图形显示和在线帮助功能，建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器控制、数据分析与显示。 2017/2/26

DMM 软面板 2017/2/26

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6.6、VPP仪器软面板设计 软面板定义 VPP软面板是一个特殊的测试应用程序，它为仪器模块提供一个替代前面板的控制接口。该控制接口不是在仪器前面板上，而是在计算机显示器上。 VPP规范中的VPP-7软面板规范对虚拟仪器的软面板作了规定。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 软面板作用 利用软面板检验仪器的通信和功能，同时也可利用它作为学习工具，演示仪器的控制和功能。 软面板采用图形用户接口（GUI）技术来显示等效的旋钮、按键及控制器。用户通过鼠标或计算机键盘操纵这些控制器。图形显示提供同传统前面板方式相似的测量结果和仪器状态，从而让用户以熟悉的方法控制仪器。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 VPP软面板设计的技术要求 VPP规范规定每一个VXIplug&play仪器都在其安装盘上提供软面板。它使用户不必编写测试程序就可以检验仪器的通信和操作，这样能够大大减少组建和检验一个VXI系统的时间。 1、VPP软面板必须作为一个独立的应用程序运行，仅使用计算机、操作系统及驱动程序库，不应依赖于任何特定的应用程序开发环境。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 2、软面板应提供一个既不过分杂乱，又不包含过多层次结构的友好用户界面。 应显示并控制仪器的主要测试和测量功能。主面板右上端显示VXIplug&play图标。 在软面板主窗口顶端或在窗口标题处标出仪器名称和型号。 在软面板主窗口或About...对话框中标出软面板生产厂商和软面板版本信息。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 3、在软面板自动连接时，如果发现多于一个的待接设备，则它应该提供一种方法让用户选择其中的一个待接设备。 4、软面板在执行时应该自动连接，并具有自动连接有效指示灯。有效指示灯应该有标签“激活”。不连接时，指示灯的颜色应该是暗淡的（背景颜色）。当连接时，指示灯应呈绿色。应该显示自动连接的槽号或逻辑地址，或者两者皆显示。 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 5、VXI软面板必须和计算机的应用程序分享计算机屏幕。为确保软面板的可用性，软面板应该是可移动的，并可以改变窗口大小。 6、软面板被设计成能在不同平台和计算机显示器上完成功能。必须确保每个软面板在不同平台和显示器之间是可移植的。 2017/2/26

主面板布局 次面板布局 2017/2/26

About面板布局 2017/2/26

6.6、VPP仪器软面板设计 VPP软面板设计 通过调用驱动程序实现对仪器硬件的控制。 但一般和驱动程序放在同一个CVI工程中进行联调。 设计过程 1、根据仪器功能对软面板上所要求的控件及其要实现的功能进行细致的规划 。 2、根据规划，在工程中建立仪器软面板的图形界面。 3、设计软面板的程序代码。 4、和驱动程序一起进行联调。 2017/2/26

VPP仪器软面板可执行文件的创建 2017/2/26

VISA库、驱动程序、软面板的关系 虚拟仪器系统框图 重点 虚拟仪器系统框图 软面板 系统软件结构 仪器驱程序动接口 子程序 通信接口 VISA库 仪器接口 系统硬件结构 2017/2/26

6.7 自动测试通用软件框架 传统的测试系统软件的编制主要以测试流程为依据编写，所有的测试参数、程控指令及测试结果都分散的存在于整个测试软件中。当其中任一部分需要改动时，都需要修改程序并重新编译和连接，从而大大增加了系统软件的开发时间且降低了系统的可靠性。 传统的测试软件直接调用底层Ｉ／Ｏ函数与仪器进行通信，当底层硬件更换后或使用其他通信接口时，软件也需重新编写。所以，传统软件的通用性、扩充性和可维护性差。 © National Instruments Corporation 20 PXI Modular Instrumentation

6.7 自动测试通用软件框架 一、通用软件框架组成 通用软件框架可以分为两部分： 用户界面：按用户要求，根据具体测试对象进行设计，主要是显示测试结果和完成人机对话。 测试程序：完成对仪器模块的操作，并取得测试结果。 © National Instruments Corporation 21 PXI Modular Instrumentation

6.7 自动测试通用软件框架 核心思想：测试系统软件调用仪器驱动程序并实现测试软件的编制与测试流程分离。 重点 主调程序 仪器驱动 程序库 VISA 库 仪器硬件 测试界面 测试 流程库 对象 核心思想：测试系统软件调用仪器驱动程序并实现测试软件的编制与测试流程分离。 重点 © National Instruments Corporation 22 PXI Modular Instrumentation

软件主流程 开始 通过软面板进行测试设置 打开数据库，读取测试流程 启动相应的测试函数 测试结果在用户界面中显示 返回 © National Instruments Corporation 23 PXI Modular Instrumentation

测试程序流程 开始 从测试界面选择测试项目，打开索引库 读取测试项目对应流程纪录 打开流程库 读取测试流程纪录 执行测试前操作 B A © National Instruments Corporation 24 PXI Modular Instrumentation

测试程序流程 2 B 执行测试操作 A 根据测试结果执行测试后操作 显示测试结果（保存） N 最后一条结果？ Y N 最后一项测试？ Y 结束 © National Instruments Corporation 25 PXI Modular Instrumentation

6.7 自动测试通用软件框架 二、ODBC 开放数据库互连 不同测试系统之间的测试要求、测试技术指标往往各不相同，但主要的测试种类却大同小异，主要包括：数字电压表测得的各种交直流电压和电阻，用示波器测得的信号频率、时间和相移等。 © National Instruments Corporation 26 PXI Modular Instrumentation

6.7 自动测试通用软件框架 采用ODBC技术后，将测试指标和测试程控指令都存入数据库中，则当更换不同的系统时，软件的主要程序大部分可以不加修改，只需修改数据库中的相应内容，就可以重复利用原有的工作，从而达到软件继承性的目的。从而大大地缩短了软件开发周期，同时提高了系统的可维护性和通用性。 2017/2/26

6.8 IVI规范 IVI（Interchangeable Virtual Instrument, 可互换虚拟仪器）驱动程序是NI公司提出的一种新类型的仪器驱动程序，它使得测试工程师可以对不同厂家、不同型号的同一类仪器（如Agilent、Tektronix公司的示波器）编写相同的程序代码，即测试系统硬件组成发生变化时，测试程序代码可以重用。 © National Instruments Corporation 28 PXI Modular Instrumentation

6.8 IVI规范 一、VPP与IVI VPP规范通过VISA解决了仪器驱动程序与硬件接口的无关性，比如VXI测试设备由GPIB零槽更换为1394零槽，只需要重新安装新零槽的驱动程序，而不必改变仪器驱动程序的代码。 IVI要解决测试应用软件和仪器驱动程序的无关性，比如VXI测试设备中的多用表模块由HP 1411A更换为Racal 4152A，只需要改变计算机上的一些设置，而不必改变测试应用程序的代码。 © National Instruments Corporation 29 PXI Modular Instrumentation

6.8 IVI规范 二、IVI 8大类仪器 IVI基金会制定了8类仪器： 示波器、开关、任意波形发生器/函数发生器、数字电压表和电源、射频信号发生器、频谱分析仪、功率计、数字I/O仪器。 © National Instruments Corporation 30 PXI Modular Instrumentation

6.8 IVI规范 三、IVI驱动程序主要功能 仪器可互换性、仪器状态缓存功能 、仪器仿真功能 IVI驱动程序是通过产生仪器类（Instrument Class）驱动程序来实现仪器可互换性的。一个仪器类驱动程序是用来控制一个特定类型仪器（如示波器、多用表或函数发生器）的一系列的功能和属性。 © National Instruments Corporation 31 PXI Modular Instrumentation

1、仪器可互换性 测试程序 多用表类IVI驱动程序 HP 33401专用驱动程序 FLUKE 45专用驱动程序 或 © National Instruments Corporation 32 PXI Modular Instrumentation

2、仪器状态缓存功能 使用仪器进行测量之前必须先对仪器进行设置。应用一般的仪器驱动程序，由于仪器的状态未知，即使仪器当前状态与期望状态相同，只要应用程序中调用了相应的设置函数，驱动程序就要按照要求与仪器通信、进行设置。 在实际应用中，很多时候要应用仪器连续进行相似的测量，但为了避免程序流程中的某些特殊分支影响仪器状态，每次测量之前都要调用仪器设置函数对仪器进行配置。 © National Instruments Corporation 33 PXI Modular Instrumentation

3、仪器仿真功能 IVI驱动程序的仪器仿真功能可以使用户在没有硬件仪器的条件下开发调试测控程序。仪器仿真功能又分为三种类型：仪器驱动程序调用、参数范围检查和测量数据／错误状态仿真。 © National Instruments Corporation 34 PXI Modular Instrumentation

第7章 PXI总线测试系统 7.1 PXI总线概述 7.2 PXI总线规范介绍 7.3 PXI接口电路设计 7.4 PXI模块驱动程序开发 7.5 软面板设计 7.6 PXI总线测试系统的组建与应用 © National Instruments Corporation 35 PXI Modular Instrumentation

7.1 PXI总线概述 一、产生背景 VXI总线的第一次投资成本较大，若组建小规模测试系统，其价格偏高，性价比偏低。 NI公司基于外设部件互连的PCI总线，吸取VXI总线精华，简化VXI总线结构，提出了PXI总线。 PXI (PCI 在仪器领域的扩展)是基于 CompactPCI 核心规范的一个系统级规范。 CompactPCI 同时引入了三种标准技术： - PCI (台式PC行业) - 欧卡机制 ( VME 和 VXI 行业) - 标准的高性能 IEC连接器 (电信行业) CompactPCI 的外行尺寸小而坚固。选用这种结构的主要原因是它是基于台式PC 广泛采用的PCI总线。 © National Instruments Corporation 36 PXI Modular Instrumentation

PXI总线的定位 填补空白 VXI 价格 针对主流用户的模块化仪器 台式机 性能 用户在使用台式PC时，遇到了一些限制。 - 台式PC正趋于“封闭”（扩展插槽数不断减少），工业用户却因为应用的增长（从实验室转移到生产线）需要而更多的 PCI 插槽 - 为了应用在仪器和自动化产品中，用户还需要更好的时钟和同步特性，这通常是高端系统，如VXI所具备的特性，而台式PC是不具备的 因此，在低成本的台式PC 方案和高端的VXI、GPIB方案之间有相对很大的空白。现在，用户有了新的选择。通过将CompactPCI 进行扩展，PXI填补了PC和高端测试平台（如VXI）之间的空白。PXI 有效地为主流用户提供了模块化仪器。 性能 © National Instruments Corporation 37 PXI Modular Instrumentation

PXI与VXI对比 PXI VXI 总线特点 同步 异步 体积 小 大 速度 快 慢 价格 低 高 电源 少 多 电磁兼容 差 好 © National Instruments Corporation 38 PXI Modular Instrumentation

二、PXI概念 重点 PXI（PCI eXtensions for Instrumentation） PCI总线在仪器领域的扩展。 1997年10月，美国NI(National Instruments) PXI 源于 CompactPCI CompactPCI使用三种标准，小、牢固并且实现PC技术 PCI 总线 CompactPCI PXI (PCI 在仪器领域的扩展)是基于 CompactPCI 核心规范的一个系统级规范。 CompactPCI 同时引入了三种标准技术： - PCI (台式PC行业) - 欧卡机制 ( VME 和 VXI 行业) - 标准的高性能 IEC连接器 (电信行业) CompactPCI 的外行尺寸小而坚固。选用这种结构的主要原因是它是基于台式PC 广泛采用的PCI总线。 欧洲卡封装 更好的 IEC 连接器 © National Instruments Corporation 39 PXI Modular Instrumentation

1、CompactPCI 三、相应的规范及团体 PCI Industrial Computer Manufacturers Group 致力于电信的基础结构 在线产品目录包括了100种产品 500多个公司成员 www.picmg.org PICMG是管理CompactPCI核心规范(PICMG 2.0)的规范制定团体。其成员有三个级别：管理者、合作者和会员。NI是该团体的管理者级别成员并从1996年开始参与CompactPCI 核心规范的制定。 由于来自电信公司的对CompactPCI体系结构的强烈兴趣， PICMG的小组委员会制定了针对电信基础设施的CompactPCI扩展。其他CompactPCI核心规范的扩展，如PXI，是专门针对测量和自动化产品的。PXI规范由PXI系统联盟管理并被仪器小组委员会命名为PICMG 2.8。 PICMG的网站包括了成员列表以及可供搜索的产品目录。 CompactPCI可从PICMG购得。 © National Instruments Corporation 40 PXI Modular Instrumentation

2、PXI 系统联盟 www.pxisa.org 该组织的宗旨是: - 推广 PXI - 保证互用性 - 管理 PXI 规范 面向测试和自动化系统的终端用户 www.pxisa.org PXI 规范有PXI系统联盟管理，该联盟由50多个公司组成，针对的是终端用户的成功。 PXI系统联盟按照其章程建立，目标是： - 在测量和自动化领域推广 PXI 和 CompactPCI - 对PXI规范的维护和版本控制 - 在机械、电气和软件层面上保证各个生产商产品最大程度的互用性 PXI系统联盟的网站内容包括： - 白皮书 - 免费的PXI规范电子版 - 所有成员的名单 - 活动信息 - 分类的产品目录 © National Instruments Corporation 41 PXI Modular Instrumentation

CompactPCI PCI 7.2 PXI总线规范介绍 7.2.1 PXI 采用的标准技术 PXI的主要动力来自于它使用了现有的工业标准技术。选用了CompactPCI ，加上了Windows 和 VXI 中最好的特性。 PXI的细节，在开放的PXI规范中定义，由PXI系统联盟管理。 PXI 建立在CompactPCI 核心规范基础上，额外定义了机械、电气和软件要求，以便开发用于模块化仪器系统的器件。 PXI 和 CompactPCI 是可互换操作的，允许在 PXI 系统内使用符合CompactPCI 核心规范的产品，反之亦然。 PCI © National Instruments Corporation 42 PXI Modular Instrumentation

7.2.2 PXI 体系结构 重点 PXI 是 PCI 在仪器领域的扩展。 Software Mechanical Electrical S Specification Revision 1.0 August 20, 1997 PXI 是 PCI 在仪器领域的扩展。 Software Electrical Mechanical S Specification Revision 2.2 September 22, 2004 PXI规范由PXI 系统联盟管理，定义了专门的软件、机械和电气特性，并且被分成了相应的部分。 从www.ni.com/pxi 或者 www.pxisa.org 可下载该规范 © National Instruments Corporation 43 PXI Modular Instrumentation

PXI体系结构详细图 重点 PXI：PCI在仪器领域的扩展 机械要求 电气要求 软件要求 CompactPCI PXI增加 8槽 IEC连接器 欧式卡结构 限定的系统槽位置 冷却要求 环境实验 PCI 32/64位传输 33MHz 仪器功能 触发总线 本地总线 参考时钟 星形触发 操作系统 驱动软件 Win NT Win 95 必备驱动 VISA 图形API 语言API © National Instruments Corporation 44 PXI Modular Instrumentation

软件扩展 PXI 加快了程序开发，因为: PXI 控制器必须预装Windows NT/Windows 9x来支持标准的软件结构 PXI 和 PC 的软件是一致的 操作系统和应用程序无须改动即可在 PXI系统运行 配置工具将 PXI 模块识别为 PCI 设备 PXI 定义了两种软件框架： Windows NT 和 9x，符合 PXI 规范的产品必须至少支持一种。这就意味着 PXI 内嵌控制器必须预装一种windows操作系统。而外设模块的生产商必须提供设备驱动程序，使用户能够快速地开发出他们自己的产品。一种实现行业标准的方法，VISA，也在PXI规范中作了规定。 © National Instruments Corporation 45 PXI Modular Instrumentation

PXI 基于 CompactPCI定义了完整的测量和自动化系统 电气 机械 软件 Instrumentation Extensions CompactPCI PCI总线 欧洲卡 高性能连接器 器件 系统 PXI 基于 CompactPCI 核心规范，结合了三种标准技术： - PCI (台式PC) - 欧卡机制( VME 和 VXI ) - 标准的高性能 IEC连接器 (电信业) PXI的细节在开放的PXI规范中定义，规范由PXI系统联盟管理。PXI建立在CompactPCI核心规范基础上，定义了开发用于模块化仪器中的部件的机械、软件和电气要求。 PXI所作的扩展均保持了与CompactPCI核心规范的完全互用性，PXI的主要动力来自于它使用了现有的工业标准技术。选用了CompactPCI ，加上了Windows 和 VXI 中最好的特性。 从www.ni.com/pxi 或者 www.pxisa.org 可下载该规范 © National Instruments Corporation 46 PXI Modular Instrumentation

7.2.3 机械结构 PXI 使用以下技术提高了可靠性和互用性: 强制的主动散热 温度测试及额定 系统级的EMC、冲击、振动和湿度规定 定义了内嵌控制器的位置 PXI 提供了CompactPCI 定义的所有机械特性 PXI增加了对机箱整体主动散热的要求。对所有器件的温度额定也做了要求。对冲击、振动和湿度的测试及文件也包含在PXI规范中，还列出了EMC测试的要求。 PXI 规定系统的控制器应在机箱的最左端，并且不能向外设槽扩展。如果控制器需要更大的空间，应向左侧为控制器专门预留的空间扩展。这个规定阐明了互用性，并且通过防止有用的I/O槽阻塞，将PXI系统的可扩展性最大化。 © National Instruments Corporation 47 PXI Modular Instrumentation

PC 主板 -〉 控制器 + 底板 带有4个PCI 插槽 的PC 主板 CompactPCI 内嵌控制器 8槽底板 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 带有4个PCI 插槽 的PC 主板 CompactPCI 内嵌控制器 8槽底板 在PXI/CompactPCI 系统中，内嵌控制器承担了PC的主板功能，底板提供了控制器和外设模块的连接。将PC的部件放在控制器模块上，使得系统易于升级。 © National Instruments Corporation 48 PXI Modular Instrumentation

PCI与CompactPCI的外形尺寸 PCI PXI/CompactPCI Full Size Half Size 6U PXI/CompactPCI有两种尺寸可以选择。3U尺寸最小，常用于测量和自动化I/O 模块；6U适用于较大的系统。这种制度大致与台式PC的短卡和长卡相对应。3U模块可以在一个槽的宽度内容纳两个卡的电路，使得许多PCI长卡设计可以变为紧凑的3U尺寸。 © National Instruments Corporation 49 PXI Modular Instrumentation

PXI模块结构与连接器 100×160mm 233.85×160mm 重点 6U 适配器面板 64位PCI 和PXI特性 32位PCI 3U 的卡可以在6U系统中工作 © National Instruments Corporation 50 PXI Modular Instrumentation