基于USB、PCM编码和以太网三层通讯的虚拟仪器平台
2 数字式动态信号测试仪器（DDS仪器）
DDS义器采用USB总线作为仪器的通讯总线,现已开发成功USB接口的A/D转换单元、数字式动态应变仪单元、数字式电位器调理单元、PCM编码接收单元等一系列单元模块。根据现场需要,可随时将模块插入DDS仪器机箱内组合成所要求的测控系统。图2是一个DDS仪器的典型应用。在DDS仪器中,最左边的USB接口A/D单元（ADKM01_USB）上带有USBHUB（集线器）,
通过DDS仪器内的HUB扩展为每个调理单元提供USB接口。USB接口A/D单元上有32路模拟信号输入,3路脉冲信号输入。模拟信号经调理单元放大处理后送到A/D转换单元,且每个调理单元的调节,如增益、零点、低通滤波器截止频率等均通过USB接口,由软件完成调节控制。
在此系统中,其中的PCM编码接收单元如图3示意,采用CPLD,于在线可编程芯片（ISP芯片）上完成信号的串并转换、译码和分路输出等功能。与之相应,信号发送端的可编程器件实现多路信号重新组合、PCM编码、并/串转换,经驱动后进行远距离传输。无论是发送端还是接收端,都只需一片ISP芯片完成通信的全部功能。
PCM编码通信协议如图4所示。译码模块分别提取信息码流中的位同步和帧同步信号,并将PCM码译成NRZ码。分路模块接收译码模块输出的位同步时钟、帧同步信号和串行NRZ码流,将串行信号分路,输出宽度为16位的并行信号。数据重排模块接收来自三个分路模块的并行信号,将它们按一定的规律送入缓存并发出中断申请。USB单片机接收到中断后,从缓存中取出数据并通过USB总线传送给计算机。
使用ISP芯片不仅减小了设备的体积,减少了电路的外部连续,而且减少了外部干扰的机会,提高了电路的可靠性。
3 DDS TM仪器软件体系
DDS仪器软件体系建立在Windows98或Windows2000操作系统上,采用虚拟仪器的实现方法,面向最终用户。DDS仪器软件分三大部分,由设备驱动程序,仪器操作、信号记录软件和DataScop信号分析软件组成。
DDS仪器操作、信号记录软件采用最直观、简洁的方法实现了DDS仪器即插即用的配置管理,其虚拟仪器界面的设计沿用磁带机、示波器、数字表、应变仪等传统仪器的操作习惯,并提供了信号实时频谱分析及显示,信号多重检索,电视摄像同步,调理单元自动调节、成组调节等多种高效、快速仪器调节,仪器设定状态数据管理,信号实时网络传输等强大功能。
DataScop信号分析软件通过TCP/IP协议,从DDS仪器软件获取实时或回放数据,可完成数据标定,测试零线确定,提供常用时域分析、频域分析、统计分析、信号曲线、图表输出。根据用户要求,还可内建如：机车车辆动力学分析模块,飞机强度分析模块等实时处理模块。信号分析可自动连续处理。
4 应用实例与结论
直升机飞行测量系统是根据用户需求研制的动态信号综合测试系统。在此系统中,来自尾桨、主桨、机舱的共约100多路信号通过调理、采集、PCM编码汇总并传输到USB总线,然后送入现场监控计算机实时显示、分析、处理。通过以太网将数据共享,实现数据灵活检索与回放,方便数据后续处理与综合。
试验证明该系统很好地解决了现代大型综合测试的需要,极大地提高了测试效率。
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