在現代航空航天
、高速列車等大型工程試驗中，往往要求對多科目
、多位置的數百路高低速動態信號進行連接長時間同步采集
、記錄、實時處理，並且要求測試數據網上綜合。DDS儀器(數字式動態信號測試儀器)正是為了滿足現代大型工程測試需要，綜合在遙控測中成熟的PCM編碼技術
、最新的 USB(通用串行總線)桌麵接口技術和已廣泛應用的以太網技術，成功開發的全新數字化測控儀器平台。

 

xuniyiqishimuqianguoneiwaiceshijishuyuyiqizhizaoyeshifenguanzhuderedianhuati，qijishufazhanfeichangxunsu。tatongguoyongchuantongyiqidebufengongnengshenzhiquanbugongnengderuanjianhua
，zaitongyongdejisuanjipingtaishang，linghuodishixianlechuantongdecelianghekongzhinengli。USB連接方式簡單，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置於計算機機箱中使用，也可以單獨構成儀器
，置於計算機外工作，通過USB電纜傳輸信號至主機。特別是USB 支持即插即用(PnP)，係統能夠自動地對USB設備進行配置。由此
，建立在USB基礎上的虛擬儀器平台便有了競爭力。

 

DDS儀yi器qi軟ruan件jian的de核he心xin部bu分fen為wei自zi主zhu源yuan代dai碼ma，有you利li於yu係xi統tong應ying用yong程cheng序xu的de最zui底di層ceng開kai發fa，直zhi接jie麵mian向xiang用yong戶hu的de需xu求qiu。同tong時shi，軟ruan件jian也ye結jie合he了le現xian有you多duo種zhong較jiao成cheng熟shu儀yi器qi平ping台tai的de技ji術shu，提ti供gong了le與yu它ta們men之zhi間jian的de接jie口kou。

從PCM編碼、USB、以太網三層通信入手
，本文將論述綜合測試平台的通訊結構與特點，DDS儀器的硬件體係結構以及係統軟件構建的虛擬儀器平台。直升機測試的實例將展現該係統的應用。

 

 

1.1 USB通信層

 

起源於1995年的USB，近年來得到了飛快發展。除了作為標準外設接口應用之外，它也正在成為多種新型應用的通用連接標準，包括數據采集、測試測量等。由於USB1.1支持12Mbps(高速)和1.5Mbps(低速)兩種速度，因此能滿足大部分工業實時測試的要求。而且
，由於USB自身的特點，使得由它構成的係統具有了優勢。

 

采用USB構成的係統具有可擴展性。通過使用Hub擴展
，可駁接多達127個外投。USB具有良好的即插即用與熱插拔特性,從而使由此構成的DDS儀器可以方便地增加和刪減測試單元

，組成現場所需的測試儀器。與傳統的安裝在台式機機箱內的數據采集板卡相比
，USB接口不僅可以方便地應用於台式計算機
，而且更廣泛地應用於便攜式計算機，有利於數據采集係統小型化
、便攜化，而且再也不會受計算機插槽數量、地址
、中斷等資源的限製。

 

另外，安裝在機箱內的板卡往往會受到機箱內數據噪聲環境的幹擾。與之相反

，DDS TM儀(yi)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)獨(du)立(li)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)環(huan)境(jing)
，具(ju)有(you)安(an)靜(jing)的(de)電(dian)磁(ci)氛(fen)圍(wei)
，數(shu)字(zi)噪(zao)聲(sheng)極(ji)小(xiao)。即(ji)使(shi)對(dui)於(yu)測(ce)量(liang)上(shang)千(qian)千(qian)瓦(wa)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)振(zhen)動(dong)的(de)微(wei)伏(fu)級(ji)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，也(ye)能(neng)得(de)到(dao)幹(gan)淨(jing)、精密的信號波形。鑒於以上優點，DDS儀器采用USB通信協議與數據采集計算機通信，實現數據在桌麵的彙總。隨著USB2.0的推出，USB的速率將達到480Mbps。

 

1.2 PCM編碼的通信

 

USB是優秀的桌麵接口技術
，當它與PCM編碼通信相結合，優勢互補，就能產生一種簡單、高速、抗幹擾力強並適用於無線、同軸

、光纖等多種介質的遠距離數據采集係統。其基本思想是在現場測試點
，將傳感器采集的模擬量數字化後進行 PCM編碼，按照通信雙方約定好的協議將數據上傳。在PC機近端有一個雙向的PCM編碼與USB的轉換接口，利用這個轉換接口接收數據並通過USB接口傳輸至PC機進行分析。而主機向設備發送控製信息的過程正好相反
，數據通過轉換接口以PCM編碼的形成再向遠端傳輸。

 

1.3 以太網通信層

 

一個大型測試項目通常由多個測試科目組成
，每個科目又有多台DDS儀器。在進行實時數據處理時
，將可能有多個數據處理工作站按照各自的要求，從不同的DDS儀器上取得信號數據流。以太網正是為測試信號的數據綜合提供了最方便的方法。

 

 

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編碼接收單元等一係列單元模塊。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係統。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路脈衝信號輸入。模擬信號經調理單元放大處理後送到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
，由軟件完成調節控製。

 

在此係統中
，其中的PCM編碼接收單元采用CPLD，於在線可編程芯片(ISP芯片)上完成信號的串並轉換
、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

、並/串轉換，經驅動後進行遠距離傳輸。無論是發送端還是接收端

，都隻需一片ISP芯片完成通信的全部功能。

 

譯碼模塊分別提取信息碼流中的位同步和幀同步信號，並將PCM碼譯成NRZ碼。分路模塊接收譯碼模塊輸出的位同步時鍾
、幀同步信號和串行NRZ碼流，將串行信號分路
，輸出寬度為16位的並行信號。數據重排模塊接收來自三個分路模塊的並行信號，將它們按一定的規律送入緩存並發出中斷申請。USB單片機接收到中斷後
，從緩存中取出數據並通過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，而且減少了外部幹擾的機會

，提高了電路的可靠性。

 

 

DDS儀器軟件體係建立在Windows98或Windows2000操作係統上，采用虛擬儀器的實現方法，麵向最終用戶。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，其虛擬儀器界麵的設計沿用磁帶機、示波器、數字表
、應變儀等傳統儀器的操作習慣，並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。