基于USB、PCM編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器平臺(tái)

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(tái)。分析了三層通訊的各自特點(diǎn)和相互關(guān)系,重點(diǎn)介紹了DDS TM儀器的組成,然后從虛擬儀器的角度簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)軟件,最后給出實(shí)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(yàn)中,往往要求對(duì)多科目、多位置的數(shù)百路高低速動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行連接長(zhǎng)時(shí)間同步采集、記錄、實(shí)時(shí)處理,并且要求測(cè)試數(shù)據(jù)網(wǎng)上綜合。早期的獨(dú)立測(cè)試儀器已逐漸不能滿足日益膨脹的需求,世界各國(guó)都在尋求高效、方便的綜合測(cè)試平臺(tái)。DDS儀器（數(shù)字式動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試儀器）正是為了滿足現(xiàn)代大型工程測(cè)試需要,綜合在遙控測(cè)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(cè)控儀器平臺(tái)。

虛擬儀器是目前國(guó)內(nèi)外測(cè)試技術(shù)與儀器制造業(yè)十分關(guān)注的熱點(diǎn)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(jì)算機(jī)平臺(tái)上,靈活地實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的測(cè)量和控制能力。USB連接方式簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)機(jī)箱中使用,也可以單獨(dú)構(gòu)成儀器,置于計(jì)算機(jī)外工作,通過USB電纜傳輸信號(hào)至主機(jī)。特別是USB支持即插即用（PnP）,系統(tǒng)能夠自動(dòng)地對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行配置。由此,建立在USB基礎(chǔ)上的虛擬儀器平臺(tái)便有了競(jìng)爭(zhēng)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(shí),軟件也結(jié)合了現(xiàn)有多種較成熟儀器平臺(tái)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(cè)試平臺(tái)的通訊結(jié)構(gòu)與特點(diǎn),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(tái)。直升機(jī)測(cè)試的實(shí)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(cè)試測(cè)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(shí)時(shí)測(cè)試的要求。而且,由于USB自身的特點(diǎn),使得由它構(gòu)成的系統(tǒng)具有了優(yōu)勢(shì)。

采用USB構(gòu)成的系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。通過使用Hub擴(kuò)展,可駁接多達(dá)127個(gè)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(cè)試單元,組成現(xiàn)場(chǎng)所需的測(cè)試儀器。

與傳統(tǒng)的安裝在臺(tái)式機(jī)機(jī)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(tái)式計(jì)算機(jī),而且更廣泛地應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī),有利于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、便攜化,而且再也不會(huì)受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷等資源的限制。