隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)的關(guān)系日益密切。目前PC的年銷售量近一億臺(tái),在軟硬件方面積累了大量經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)造了豐富的資源。計(jì)算機(jī)(尤指微型機(jī))的很多成果很塊就應(yīng)用到測(cè)量和儀器領(lǐng)域,如圖形化用戶界面(GUI)、分布式處理、提高速度和網(wǎng)絡(luò)功能等等,不久都移植到測(cè)量和儀器中。利用PC極其豐富的軟件和硬件資源,可以大大提高測(cè)試系統(tǒng)的功能,許多方便實(shí)用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)隨之而產(chǎn)生。與計(jì)算機(jī)相結(jié)合已經(jīng)成為測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
所謂總線是指計(jì)算機(jī)、測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部以及相互之間信息傳遞的公共通路,是計(jì)算機(jī)和內(nèi)部測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分,其性能在計(jì)算機(jī)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用�？偩�是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)乃至網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。利用總線技術(shù),能夠大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),增加系統(tǒng)的兼容性、開(kāi)放性、可靠性和可維護(hù)性,便于實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化以及組織規(guī)模化的生產(chǎn),從而顯著降低系統(tǒng)成本。總線的類別很多,分類方式多樣,僅按應(yīng)用的場(chǎng)合可分為芯片總線、板內(nèi)總線、機(jī)箱總線、設(shè)備互連總線、現(xiàn)場(chǎng)總線及網(wǎng)絡(luò)總線等多種類型�？偩�技術(shù)包含的內(nèi)容極為廣泛,本文主要討論基于PC的測(cè)試系統(tǒng)的總線技術(shù)。限于篇幅,下面僅就與計(jì)算機(jī)相對(duì)獨(dú)立的測(cè)量?jī)x器機(jī)箱總線、測(cè)量?jī)x器機(jī)箱(機(jī)柜)與計(jì)算機(jī)之間的互連總線等相關(guān)內(nèi)容作一探討,以期引起大家的討論。
2 機(jī)箱底板總線
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)機(jī)箱底板總線是指組成系統(tǒng)各種機(jī)箱的底板總線。在總線底板插槽上插入模擬量輸入/輸出、數(shù)字量輸入/輸出、頻率和脈沖量輸入/輸出等功能插件,可組成具有不同規(guī)模和功能的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。除了許多計(jì)算機(jī)總線可用作機(jī)箱底板總線之外,還有不少專門(mén)為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總線。這些總線可分為兩類,一類是經(jīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)總線,另一類是各公司設(shè)計(jì)的專用總線。
2.1 STD和CAMAC總線
STD總線和CAMAC總線是早期標(biāo)準(zhǔn)的、應(yīng)用比較普遍的測(cè)試系統(tǒng)機(jī)箱底板總線。STD總線于1973年推出,其插件板采用小尺寸板子結(jié)構(gòu),印制電路板上帶有邊緣式印制插頭(也叫“金手指”)。在同類板子中,由于其尺寸小,因此耐振動(dòng)、沖擊,具有良好的堅(jiān)固性和可靠性,適合于工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合的應(yīng)用。由于這種總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)箱、插件板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,故而在一段時(shí)間內(nèi),STD總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用。但是,STD總線插件所用的邊緣式印制插頭存在接觸不良的缺點(diǎn),近年來(lái)已逐漸被其他先進(jìn)總線產(chǎn)品所取代。CAMAC總線是70年代初推出才一種專門(mén)為測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱底板總線。其總線規(guī)范完整、嚴(yán)格,曾得到廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái),由于其他高性能總線的出現(xiàn),這種總線已顯落后,同樣處于被淘汰的過(guò)程。
2.2 ISA總線
工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線(Industrial Standard Architecture - ISA)始于1984年,也是早期的一種總線,它實(shí)際上屬于PC總線,是一種8/16位的非同步數(shù)據(jù)總線,工作頻率8MHz,數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps(8位)或2Mbps(16位)。ISA總線雖未被標(biāo)準(zhǔn)化組織正式定為標(biāo)準(zhǔn),但由于應(yīng)用廣泛,已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),在測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)以PC為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中近20年一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。ISA總線雖然擴(kuò)展了對(duì)微處理器的支持能力,但仍存在許多不足之處,如I/O擴(kuò)展能力差,邊緣式印制插頭(座)接觸不良,耐振動(dòng)、沖擊能力差,對(duì)溫濕度比較敏感而不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作等,在速度上已成為系統(tǒng)的瓶頸,已逐漸被PCI、CompactPCI總線所取代。
2.3 VXI總線
VXI (VMEbus eXtension for Instrumentation)總線是VME計(jì)算機(jī)總線在儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展,由HP等公司于1987年提出,1992年成為IEEE1155標(biāo)準(zhǔn)。在該系統(tǒng)中圍繞機(jī)械、電氣、控制方式、通信協(xié)議、電磁兼容、軟面板、驅(qū)動(dòng)程序、I/O控制乃至機(jī)箱、印制電路板的VXI總線產(chǎn)品相互兼容。VXI系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPIB技術(shù)、PC儀器技術(shù)、接口技術(shù)、VME總線和模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)的成果,1998年修訂的VXI 2.0版本規(guī)范采用了VME總線的最新進(jìn)展,提供了64位擴(kuò)展能力,數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)80Mbps。VXI系統(tǒng)最多可包含256個(gè)器件(裝置),可組成一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)最多可包含13個(gè)插入式模塊,插入一個(gè)機(jī)箱內(nèi),在組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合,具有其其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。VXI總線支持即插即用、人機(jī)界面良好、資源利用率高、容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成,大大地縮短了研制周期,且便于升級(jí)和擴(kuò)展。其當(dāng)前的一個(gè)應(yīng)用熱點(diǎn)是自1986年美商國(guó)家儀器公司(NI)推出的虛擬儀器(Virtual Instrumnets)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW,虛擬儀器提出“軟件即儀器”(The software is the instrument)的口號(hào),由軟件定義各種儀器的功能,帶來(lái)了測(cè)試技術(shù)的革命。值得一提的是我國(guó)已有不少單位如航天測(cè)控公司、中國(guó)科技大學(xué)等進(jìn)行了一系列的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究,成績(jī)斐然。不足的是VXI系統(tǒng)的成本相對(duì)較高。
2.4 PCI、CompactPCI及PXI總線
外圍設(shè)備互連總線(Peripheral Component Interconnect - PCI)由Intel公司于1993年提出后,很快成為PC行業(yè)新的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),PCI總線是一種同步的、獨(dú)立于CPU的32/64位局部總線,最高工作頻率33MHz,數(shù)據(jù)傳輸率為132Mbps(32位)和264Mbps(64位),很好地解決了ISA總線的瓶頸問(wèn)題,并帶來(lái)了真正的即插即用(PnP)功能,大大提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率。
CompactPCI總線由多家廠商于1994年提出,是PCI總線的12種規(guī)范之一,也是PCI總線的增強(qiáng)和擴(kuò)展,在電氣上完全與PCI兼容,具有抗振顫和利于散熱等,更適合于工業(yè)測(cè)控的應(yīng)用。其數(shù)據(jù)寬度同PCI,最高傳輸速率可達(dá)528Mbps。
PXI總線是1997年美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)發(fā)布的一種高性能低價(jià)位的開(kāi)放性、模塊化儀器總線。PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展(PCI eXtensions for Instrumentation),是用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)機(jī)箱底板總線的規(guī)范,在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面與CompactPCI總線的要求基本相同,不同的是PXI總線規(guī)范對(duì)機(jī)箱和印制電路板的溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、電磁兼容性和通風(fēng)散熱等提出了要求,與VXI總線的要求非常相似。在電氣方面,PXI總線完全與CompactPCI總線兼容。所不同的是PXI總線為適合于測(cè)控儀器、設(shè)備或系統(tǒng)的要求,增加了系統(tǒng)參考時(shí)鐘、觸發(fā)器總線、星型觸發(fā)器和局部總線等內(nèi)容。除了PXI系統(tǒng)具有多達(dá)8個(gè)插槽(1個(gè)系統(tǒng)槽和7個(gè)儀器模塊槽),而絕大多數(shù)臺(tái)式PCI系統(tǒng)僅有3個(gè)和4個(gè)PCI插槽這點(diǎn)差別之外,PXI總線與臺(tái)式PCI規(guī)范具有完全相同的PCI性能。利用PCI-PCI橋技術(shù)擴(kuò)展多臺(tái)PXI系統(tǒng),可以使擴(kuò)展槽的數(shù)量在理論上最多能達(dá)到256個(gè)。PXI將Windows NT和Windows 95定義為其標(biāo)準(zhǔn)軟件框架,并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA規(guī)范編寫(xiě)的WIN32設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,使PXI成為一種系統(tǒng)級(jí)規(guī)范,保證系統(tǒng)的易于集成與使用,從而進(jìn)一步降低用戶的開(kāi)發(fā)費(fèi)用,所以在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)機(jī)械觀測(cè)系統(tǒng)和圖像處理等方面獲得了廣泛應(yīng)用。 |
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