周富大 高維路 朱洪興

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：介紹了一種基于usb、pcm編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器——dds

     tm儀器平臺。分析了三層通訊的各自特點和相互關(guān)系，重點介紹了dds

     tm儀器的組成，然后從虛擬儀器的角度簡要介紹系統(tǒng)軟件，最后給出實例。

     關(guān)鍵詞：usb

     pcm編碼 以太網(wǎng) dds儀器 虛擬儀器

     在現(xiàn)代航空航天、高速列車等大型工程試驗中，往往要求對多科目、多位置的數(shù)百路高低速動態(tài)信號進行連接長時間同步采集、記錄、實時處理，并且要求測試數(shù)據(jù)網(wǎng)上綜合。早期的獨立測試儀器已逐漸不能滿足日益膨脹的需求，世界各國都在尋求高效、方便的綜合測試平臺。dds儀器（數(shù)字式動態(tài)信號測試儀器）正是為了滿足現(xiàn)代大型工程測試需要，綜合在遙控測中成熟的pcm編碼技術(shù)、最新的usb（通用串行總線）桌面接口技術(shù)和已廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)技術(shù)，成功開發(fā)的全新數(shù)字化測控儀器平臺。

     虛擬儀器是目前國內(nèi)外測試技術(shù)與儀器制造業(yè)十分關(guān)注的熱點話題，其技術(shù)發(fā)展非常迅速。它通過用傳統(tǒng)儀器的部分功能甚至全部功能的軟件化，在通用的計算機平臺上，靈活地實現(xiàn)了傳統(tǒng)的測量和控制能力。usb連接方式簡單，是一種成本較低的解決方案。而usb接口的儀器單元不僅可內(nèi)置于計算機機箱中使用，也可以單獨構(gòu)成儀器，置于計算機外工作，通過usb電纜傳輸信號至主機。特別是usb支持即插即用（pnp），系統(tǒng)能夠自動地對usb設(shè)備進行配置。由此，建立在usb基礎(chǔ)上的虛擬儀器平臺便有了競爭力。

     dds儀器軟件的核心部分為自主源代碼，有利于系統(tǒng)應(yīng)用程序的最底層開發(fā)，直接面向用戶的需求。同時，軟件也結(jié)合了現(xiàn)有多種較成熟儀器平臺的技術(shù)，提供了與它們之間的接口。

     從pcm編碼、usb、以太網(wǎng)三層通信入手，本文將論述綜合測試平臺的通訊結(jié)構(gòu)與特點，dds儀器的硬件體系結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)軟件構(gòu)建的虛擬儀器平臺。直升機測試的實例將展現(xiàn)該系統(tǒng)的應(yīng)用。

     1 三層通信結(jié)構(gòu)介紹

     三層通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

     1.1 usb通信層

     起源于1995年的usb，近年來得到了飛快發(fā)展。除了作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口應(yīng)用之外，它也正在成為多種新型應(yīng)用的通用連接標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)采集、測試測量等。由于usb1.1支持12

     mbps（高速）和1.5mbps（低速）兩種速度，因此能滿足大部分工業(yè)實時測試的要求。而且，由于usb自身的特點，使得由它構(gòu)成的系統(tǒng)具有了優(yōu)勢。

     采用usb構(gòu)成的系統(tǒng)具有可擴展性。通過使用hub擴展，可駁接多達127個外投。usb具有良好的即插即用與熱插拔特性[1],從而使由此構(gòu)成的dds儀器可以方便地增加和刪減測試單元，組成現(xiàn)場所需的測試儀器。

     與傳統(tǒng)的安裝在臺式機機箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集板卡相比，usb接口不僅可以方便地應(yīng)用于臺式計算機，而且更廣泛地應(yīng)用于便攜式計算機，有利于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、便攜化，而且再也不會受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷等資源的限制。

     另外，安裝在機箱內(nèi)的板卡往往會受到機箱內(nèi)數(shù)據(jù)噪聲環(huán)境的干擾。與之相反，dds

     tm儀器是一個獨立的模擬電路環(huán)境，具有安靜的電磁氛圍，數(shù)字噪聲極小。即使對于測量上千千瓦交流電機振動的微伏級輸入信號，也能得到干凈、精密的信號波形。

     鑒于以上優(yōu)點，dds儀器采用usb通信協(xié)議與數(shù)據(jù)采集計算機通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在桌面的匯總。隨著usb2.0的推出，usb的速率將達到480mbps。我們相們，dds儀器的應(yīng)用前景鈄更為令人矚目。

     1.2 pcm編碼的通信

     usb是優(yōu)秀的桌面接口技術(shù)，當(dāng)它與pcm編碼通信相結(jié)合，優(yōu)勢互補，就能產(chǎn)生一種簡單、高速、抗干擾力強并適用于無線、