基于USB、PCM編碼和以太網三層通訊的虛擬儀器平臺

2 數字式動態(tài)信號測試儀器（DDS儀器）

DDS義器采用USB總線作為儀器的通訊總線,現(xiàn)已開發(fā)成功USB接口的A/D轉換單元、數字式動態(tài)應變儀單元、數字式電位器調理單元、PCM編碼接收單元等一系列單元模塊。根據現(xiàn)場需要,可隨時將模塊插入DDS儀器機箱內組合成所要求的測控系統(tǒng)。圖2是一個DDS儀器的典型應用。在DDS儀器中,最左邊的USB接口A/D單元（ADKM01_USB）上帶有USBHUB（集線器）,通過DDS儀器內的HUB擴展為每個調理單元提供USB接口。USB接口A/D單元上有32路模擬信號輸入,3路脈沖信號輸入。模擬信號經調理單元放大處理后送到A/D轉換單元,且每個調理單元的調節(jié),如增益、零點、低通濾波器截止頻率等均通過USB接口,由軟件完成調節(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,于在線可編程芯片（ISP芯片）上完成信號的串并轉換、譯碼和分路輸出等功能。與之相應,信號發(fā)送端的可編程器件實現(xiàn)多路信號重新組合、PCM編碼、并/串轉換,經驅動后進行遠距離傳輸。無論是發(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,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鐘、幀同步信號和串行NRZ碼流,將串行信號分路,輸出寬度為16位的并行信號。數據重排模塊接收來自三個分路模塊的并行信號,將它們按一定的規(guī)律送入緩存并發(fā)出中斷申請。USB單片機接收到中斷后,從緩存中取出數據并通過USB總線傳送給計算機。

使用ISP芯片不僅減小了設備的體積,減少了電路的外部連續(xù),而且減少了外部干擾的機會,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,采用虛擬儀器的實現(xiàn)方法,面向最終用戶。DDS儀器軟件分三大部分,由設備驅動程序,儀器操作、信號記錄軟件和DataScop信號分析軟件組成。

DDS儀器操作、信號記錄軟件采用最直觀、簡潔的方法實現(xiàn)了DDS儀器即插即用的配置管理,其虛擬儀器界面的設計沿用磁帶機、示波器、數字表、應變儀等傳統(tǒng)儀器的操作習慣,并提供了信號實時頻譜分析及顯示,信號多重檢索,電視攝像同步,調理單元自動調節(jié)、成組調節(jié)等多種高效、快速儀器調節(jié),儀器設定狀態(tài)數據管理,信號實時網絡傳輸等強大功能。

DataScop信號分析軟件通過TCP/IP協(xié)議,從DDS儀器軟件獲取實時或回放數據,可完成數據標定,測試零線確定,提供常用時域分析、頻域分析、統(tǒng)計分析、信號曲線、圖表輸出。根據用戶要求,還可內建如：機車車輛動力學分析模塊,飛機強度分析模塊等實時處理模塊。信號分析可自動連續(xù)處理。

4 應用實例與結論

直升機飛行測量系統(tǒng)是根據用戶需求研制的動態(tài)信號綜合測試系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中,來自尾槳、主槳、機艙的共約100多路信號通過調理、采集、PCM編碼匯總并傳輸到USB總線,然后送入現(xiàn)場監(jiān)控計算機實時顯示、分析、處理。通過以太網將數據共享,實現(xiàn)數據靈活檢索與回放,方便數據后續(xù)處理與綜合。

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