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,現已開發成功USB接口的A/D轉換單元、數字式動態應變儀單元、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。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,如增益、零點、低通濾波器截止頻率等均通過USB接口,由軟件完成調節控制。

在此系統中,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,信號發送端的可編程器件實現多路信號重新組合、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,將它們按一定的規律送入緩存并發出中斷申請。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,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操作系統上,采用虛擬儀器的實現方法,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、成組調節等多種高效、快速儀器調節,儀器設定狀態數據管理,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處理。

4 應用實例與結論

直升機飛行測量系統是根據用戶需求研制的動態信號綜合測試系統。在此系統中,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,然后送入現場監控計算機實時顯示、分析、處理。通過以太網將數據共享,實現數據靈活檢索與回放,方便數據后續處理與綜合。

試驗證明該系統很好地解決了現代大型綜合測試的需要,極大地提高了測試效率。