基于USB、PCM編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器平臺(tái)

2 數(shù)字式動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試儀器（DDS儀器）

DDS義器采用USB總線(xiàn)作為儀器的通訊總線(xiàn),現(xiàn)已開(kāi)發(fā)成功USB接口的A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字式動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀單元、數(shù)字式電位器調(diào)理單元、PCM編碼接收單元等一系列單元模塊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要,可隨時(shí)將模塊插入DDS儀器機(jī)箱內(nèi)組合成所要求的測(cè)控系統(tǒng)。圖2是一個(gè)DDS儀器的典型應(yīng)用。在DDS儀器中,最左邊的USB接口A/D單元（ADKM01_USB）上帶有USBHUB（集線(xiàn)器）,通過(guò)DDS儀器內(nèi)的HUB擴(kuò)展為每個(gè)調(diào)理單元提供USB接口。USB接口A/D單元上有32路模擬信號(hào)輸入,3路脈沖信號(hào)輸入。模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)理單元放大處理后送到A/D轉(zhuǎn)換單元,且每個(gè)調(diào)理單元的調(diào)節(jié),如增益、零點(diǎn)、低通濾波器截止頻率等均通過(guò)USB接口,由軟件完成調(diào)節(jié)控制。

在此系統(tǒng)中,其中的PCM編碼接收單元如圖3示意,采用CPLD,于在線(xiàn)可編程芯片（ISP芯片）上完成信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換、譯碼和分路輸出等功能。與之相應(yīng),信號(hào)發(fā)送端的可編程器件實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)重新組合、PCM編碼、并/串轉(zhuǎn)換,經(jīng)驅(qū)動(dòng)后進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。無(wú)論是發(fā)送端還是接收端,都只需一片ISP芯片完成通信的全部功能。

PCM編碼通信協(xié)議如圖4所示。譯碼模塊分別提取信息碼流中的位同步和幀同步信號(hào),并將PCM碼譯成NRZ碼。分路模塊接收譯碼模塊輸出的位同步時(shí)鐘、幀同步信號(hào)和串行NRZ碼流,將串行信號(hào)分路,輸出寬度為16位的并行信號(hào)。數(shù)據(jù)重排模塊接收來(lái)自三個(gè)分路模塊的并行信號(hào),將它們按一定的規(guī)律送入緩存并發(fā)出中斷申請(qǐng)。USB單片機(jī)接收到中斷后,從緩存中取出數(shù)據(jù)并通過(guò)USB總線(xiàn)傳送給計(jì)算機(jī)。

使用ISP芯片不僅減小了設(shè)備的體積,減少了電路的外部連續(xù),而且減少了外部干擾的機(jī)會(huì),提高了電路的可靠性。

3 DDS TM儀器軟件體系

DDS儀器軟件體系建立在Windows98或Windows2000操作系統(tǒng)上,采用虛擬儀器的實(shí)現(xiàn)方法,面向最終用戶(hù)。DDS儀器軟件分三大部分,由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,儀器操作、信號(hào)記錄軟件和DataScop信號(hào)分析軟件組成。

DDS儀器操作、信號(hào)記錄軟件采用最直觀、簡(jiǎn)潔的方法實(shí)現(xiàn)了DDS儀器即插即用的配置管理,其虛擬儀器界面的設(shè)計(jì)沿用磁帶機(jī)、示波器、數(shù)字表、應(yīng)變儀等傳統(tǒng)儀器的操作習(xí)慣,并提供了信號(hào)實(shí)時(shí)頻譜分析及顯示,信號(hào)多重檢索,電視攝像同步,調(diào)理單元自動(dòng)調(diào)節(jié)、成組調(diào)節(jié)等多種高效、快速儀器調(diào)節(jié),儀器設(shè)定狀態(tài)數(shù)據(jù)管理,信號(hào)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葟?qiáng)大功能。

DataScop信號(hào)分析軟件通過(guò)TCP/IP協(xié)議,從DDS儀器軟件獲取實(shí)時(shí)或回放數(shù)據(jù),可完成數(shù)據(jù)標(biāo)定,測(cè)試零線(xiàn)確定,提供常用時(shí)域分析、頻域分析、統(tǒng)計(jì)分析、信號(hào)曲線(xiàn)、圖表輸出。根據(jù)用戶(hù)要求,還可內(nèi)建如：機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)分析模塊,飛機(jī)強(qiáng)度分析模塊等實(shí)時(shí)處理模塊。信號(hào)分析可自動(dòng)連續(xù)處理。

4 應(yīng)用實(shí)例與結(jié)論

直升機(jī)飛行測(cè)量系統(tǒng)是根據(jù)用戶(hù)需求研制的動(dòng)態(tài)信號(hào)綜合測(cè)試系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中,來(lái)自尾槳、主槳、機(jī)艙的共約100多路信號(hào)通過(guò)調(diào)理、采集、PCM編碼匯總并傳輸?shù)経SB總線(xiàn),然后送入現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示、分析、處理。通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)共享,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)靈活檢索與回放,方便數(shù)據(jù)后續(xù)處理與綜合。

試驗(yàn)證明該系統(tǒng)很好地解決了現(xiàn)代大型綜合測(cè)試的需要,極大地提高了測(cè)試效率。