基于USB接口的現(xiàn)場可重構(gòu)虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前，虛擬儀器的實(shí)現(xiàn)多為特定功能的專業(yè)開發(fā)或使用通用集成開發(fā)環(huán)境(如LabVIEW)生成。它們功能固定，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。由于集成開發(fā)環(huán)境規(guī)模龐大，安裝和部署過程相對繁瑣，且使用成本高。軟件運(yùn)行時儀器功能的動態(tài)調(diào)整也具有一定的難度，往往需要在目標(biāo)機(jī)安裝完整的開發(fā)環(huán)境方可修改框圖和重新編譯。
　　 針對以上問題，本論文研究設(shè)計(jì)了一套具有現(xiàn)場可重構(gòu)能力的虛擬儀器軟件系統(tǒng)和一臺多功能數(shù)據(jù)采集終端。
　　 軟件系統(tǒng)提供儀器可視化界面

2、和程序代碼的設(shè)計(jì)與編輯，并將其編譯為可執(zhí)行程序在操作系統(tǒng)上運(yùn)行。軟件還對具有應(yīng)用程序編程接口(API)的硬件設(shè)備提供支持。將API函數(shù)導(dǎo)入虛擬儀器，編譯時自動生成程序代碼，實(shí)現(xiàn)軟件對硬件的兼容。同時，軟件規(guī)模小，可方便部署至目標(biāo)機(jī)。若需重構(gòu)，可直接通過編輯器修改界面和代碼。
　　 硬件系統(tǒng)是一臺基于通用串行總線(USB)接口的數(shù)據(jù)采集終端，具有數(shù)據(jù)采集、信號發(fā)生、可編程穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、數(shù)字I/O等功能。多功能的設(shè)計(jì)可擴(kuò)大儀器的適用

3、范圍，方便用戶快速組建測試系統(tǒng)，有效簡化虛擬儀器的開發(fā)流程。
　　 論文首先給出了國內(nèi)外虛擬儀器可重構(gòu)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合目前存在的問題提出了解決方案。隨后就虛擬儀器及其重構(gòu)問題展開討論，詳細(xì)介紹了關(guān)鍵技術(shù)——微軟.NET框架的動態(tài)編譯和設(shè)計(jì)器視圖接口。
　　 基于.NET框架，結(jié)合用戶界面的設(shè)計(jì)，論文給出了一種可重構(gòu)虛擬儀器設(shè)計(jì)軟件的制作過程。其中含有主界面、組件屬性編輯器、用戶代碼編輯器、傳感器轉(zhuǎn)換函數(shù)編輯器和硬件

4、設(shè)備編程接口函數(shù)編輯器等。虛擬儀器面板組件是軟件系統(tǒng)的重要組成部分，論文中以儀表盤組件為例，詳述了基于GDI+的實(shí)現(xiàn)過程，并介紹了其屬性頁的制作流程。
　　 在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用16-Bit雙通道全差分輸入∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1416和12-Bit四路數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5624作為核心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器件，實(shí)現(xiàn)了較高精度和穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)采集和模擬信號輸出。使用USB接口芯片CH372和兩片增強(qiáng)型8051單片機(jī)作為核心控制器件，通過USB

5、接口實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集器之間的通訊?？紤]到數(shù)據(jù)采集和信號發(fā)生可以同時進(jìn)行，本系統(tǒng)采用了“雙核”設(shè)計(jì)。主單片機(jī)實(shí)現(xiàn)USB接口通訊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制以及對外數(shù)字I/O。從屬單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對數(shù)模轉(zhuǎn)換器、可編程電源和信號切換繼電器的控制。兩個單片機(jī)之間使用三線SPI接口通訊。為了可視化儀器的狀態(tài)，系統(tǒng)使用3.5寸彩色LCD屏作顯示終端，將狀態(tài)、當(dāng)前輸出波形等信息予以呈現(xiàn)。
　　 論文最后給出了軟硬件系統(tǒng)的測試結(jié)果并進(jìn)行了總結(jié)，達(dá)到了預(yù)期