1　VXI—跨世紀(jì)的儀器總線 　　VXI總線是VMEbus Extension for Instrumentation的縮寫，即VME總線在測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的擴(kuò)展。這是一種新型測(cè)量?jī)x器的標(biāo)準(zhǔn)總線，其總線標(biāo)準(zhǔn)是一種在范圍內(nèi)*開(kāi)放的、適用于各國(guó)不同的廠家、不同應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于它是電子儀器發(fā)展*一個(gè)重要的里程碑，因此被國(guó)內(nèi)外專家譽(yù)為“跨世紀(jì)的儀器總線”、“劃時(shí)代的技術(shù)成果”，并被認(rèn)為是電子儀器和自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的“第三次革命”。VXI總線系統(tǒng)自80年代末問(wèn)世以來(lái)，對(duì)儀器儀表自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的“熱點(diǎn)”。 　　VXI總線系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化的顯著優(yōu)點(diǎn)，集測(cè)量、計(jì)算、通信功能于一體，是90年代一項(xiàng)高、新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和VME總線的特點(diǎn)，還有高速、模塊化、易于使用等優(yōu)勢(shì)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下： 　?。?）它是上推出的開(kāi)放式儀器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主機(jī)箱、“0槽”控制器、具有各種功能的模塊化儀器和驅(qū)動(dòng)軟件、軟面板（SFP）、軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。 　?。?）它采用了當(dāng)代多項(xiàng)高、新技術(shù)，包括微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、圖形處理技術(shù)（虛擬儀器，軟面板）、智能化儀器儀表等光、電、機(jī)技術(shù)。 　?。?）其核心思想是使VXI產(chǎn)品成為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的總線系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，使用靈活。用戶購(gòu)買VXI總線產(chǎn)品之后，在組建系統(tǒng)時(shí)能真正做到“即插即用”（Plug & Play），*。人機(jī)界面良好，接近于“傻瓜”照相機(jī)的靈活程度。 　?。?）采用背板結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速率快（40MB/s），吞吐量大，系統(tǒng)組建靈活方便，易于同其他總線兼容。 　?。?）儀器系統(tǒng)由傳統(tǒng)的“多機(jī)箱堆放式”發(fā)展成“單機(jī)箱多模塊式”。它具有安裝密度高、體積小、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。因其外形尺寸小，故可提高被測(cè)信號(hào)的保真度，能減小儀器與被測(cè)裝置的引線長(zhǎng)度，降低系統(tǒng)噪聲和改善屏蔽效果。 　?。?）測(cè)試性能優(yōu)良，技術(shù)指標(biāo)，是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)更新?lián)Q代的理想產(chǎn)品。 　?。?）采用模塊化的嚴(yán)密設(shè)計(jì)與工藝保證，使之具有很高的可靠性，良好的電磁兼容性和很強(qiáng)的抗干擾能力，具有有效的自檢與自診斷能力和良好的可維修性，大大延長(zhǎng)了使用壽命。其平均故障間隔時(shí)間（MTBF）一般能達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)，zui高可達(dá)70萬(wàn)小時(shí)（折合80年使用期!） 　?。?）資源利用率高，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，大大縮短研制周期。能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享，系統(tǒng)易于升級(jí)和擴(kuò)展，易于根據(jù)各種現(xiàn)場(chǎng)的需要方便地快速地更換模塊，重新組合系統(tǒng)。因此，即使若干年后老機(jī)型被淘汰，其主體部分（如計(jì)算機(jī)、VXI機(jī)箱、VXI模塊等）還可用于新機(jī)型，資源的重復(fù)使用率高達(dá)75%～85%，能將設(shè)備的成本及投資風(fēng)險(xiǎn)降至zui低。 　?。?）VXI總線系統(tǒng)有著豐富的軟件開(kāi)發(fā)工具。測(cè)試人員只需調(diào)出代表儀器的圖標(biāo)，輸入相關(guān)的條件和參數(shù)，利用鼠標(biāo)器按測(cè)試流程將有關(guān)儀器連接起來(lái)，即可完成全部編程工作，自動(dòng)生成測(cè)試程序，并以用戶方式顯示測(cè)量結(jié)果。 　?。?0）便于用戶自行開(kāi)發(fā)“虛擬儀器”。虛擬儀器（VI）是測(cè)量?jī)x器、計(jì)算機(jī)與軟件這三者的有機(jī)結(jié)合。它將儀器硬件（例如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字I/O）、計(jì)算機(jī)資源（如微處理器，存儲(chǔ)器，顯示器）、軟件（例如軟面板，圖形界面，數(shù)據(jù)處理，信息交換等）有效地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成軟硬結(jié)合、虛實(shí)共體的新一代電子儀器。 2　VXI總線系統(tǒng)的發(fā)展史 　　2.1　發(fā)展動(dòng)態(tài) 　　1987年，由美國(guó)的惠普（HP）、泰克（TEK）、雷卡（Racal）等5家公司在上成立了VXI總線聯(lián)合體，開(kāi)創(chuàng)了VXI的新紀(jì)元。1988年美國(guó)制定了VXI總線軍用標(biāo)準(zhǔn)，1992年又制定了IEEE—1155標(biāo)準(zhǔn)。1993年制定了VXI“即插即用”（又譯為“插入即用”）標(biāo)準(zhǔn)，并成立了VXI“即插即用”系統(tǒng)聯(lián)盟。1996年，VXI總線系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。與此同時(shí)，VXI市場(chǎng)已形成一定的規(guī)模。目前，全已有數(shù)百家工廠生產(chǎn)上千種產(chǎn)品。VXI模塊和系統(tǒng)的銷售額正以每年遞增30%～40%的高速度發(fā)展，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他儀器的增長(zhǎng)率。預(yù)計(jì)到2000年，大約有50%的測(cè)試系統(tǒng)將使用VXI。VXI正在高新技術(shù)領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的生命力。例如，美國(guó)將在2002年建成距地球380公里高空、有兩個(gè)足球場(chǎng)大的*性空間站，Maxsys公司zui近已研制出基于VXI的能夠模擬空間站上敏感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的SES系統(tǒng)，它包括溫度及壓力傳感器、繼電器、開(kāi)關(guān)、電壓源、電流源、程控負(fù)荷。目前，一方面正在制定與完善各種VXI總線技術(shù)規(guī)范，另一方面則加速VXI總線平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與推廣工作。VXI總線必將在21世紀(jì)發(fā)揮更大作用。 　　2.2　VXI總線系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展應(yīng)用 　　近年來(lái)VXI總線系統(tǒng)在上獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，立即引起國(guó)內(nèi)測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域?qū)＜覀兊臉O大興趣與高度重視。1990年，我國(guó)與VXI總線聯(lián)合體建立了正式，1993年航天部門首先開(kāi)始引進(jìn)VXI產(chǎn)品。在94～95年期間我國(guó)多次舉辦過(guò)VXI產(chǎn)品展覽會(huì)，1995年計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制技術(shù)協(xié)會(huì)和計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)還先后組建“VXI技術(shù)委員會(huì)”和“VXI應(yīng)用技術(shù)服務(wù)中心”。此后，VXI總線系統(tǒng)開(kāi)始全面進(jìn)入國(guó)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域。如果說(shuō)“八五”初期國(guó)內(nèi)對(duì)該項(xiàng)新技術(shù)尚為“隔岸觀火”，“八五”后期開(kāi)始“躍躍欲試”，那么“九五”規(guī)劃期間則是“競(jìng)相快上，大展宏圖”的全面起動(dòng)階段，這正是歷史的機(jī)遇。近幾年來(lái)，我國(guó)對(duì)VXI總線系統(tǒng)經(jīng)歷了從“技術(shù)跟蹤——產(chǎn)品引進(jìn)——開(kāi)發(fā)研制——推廣應(yīng)用”四個(gè)階段，已在該技術(shù)領(lǐng)域獲得長(zhǎng)足發(fā)展，并取得一批重要科研成果。由航天測(cè)控公司承擔(dān)的國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目VXI總線C尺寸系列功能模塊（包括5位半DVM、A/D模塊、D/A模塊、I/O模塊、計(jì)數(shù)模塊等10余種）早已通過(guò)鑒定。由航天工業(yè)總公司三十五所研制成功的“智能化VXI總線目標(biāo)模擬器控制和驅(qū)動(dòng)模塊”、由二院研制的“某型飛行器自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)”、由科技大學(xué)等單位研制的“通訊產(chǎn)品自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”等等，標(biāo)志著我國(guó)電子儀器及自動(dòng)測(cè)控技術(shù)已跨入領(lǐng)域。我國(guó)航空航天系統(tǒng)已決定從戰(zhàn)斗機(jī)到干線飛機(jī)均采用VXI總線系統(tǒng)；長(zhǎng)征三號(hào)、長(zhǎng)征四號(hào)B、長(zhǎng)征二號(hào)丁等大型運(yùn)載火箭的測(cè)控系統(tǒng)也以VXI總線作為今后更新?lián)Q代的目標(biāo)。 3　VXI總線儀器系統(tǒng)集成 　　3.1　VXI總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 　　3.1.1　標(biāo)準(zhǔn)模塊 　　分A尺寸（3.9×6.3英寸）、B尺寸（9.2×6.3英寸）、C尺寸（9.2×13.4英寸）、D尺寸（14.4×13.4英寸）四種。其中，C尺寸約占85%。VXI的電氣結(jié)構(gòu)是在0槽控制器的控制下，各儀器模塊可通過(guò)高速通信通道聯(lián)絡(luò)，同步工作，儀器之間經(jīng)局部總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。機(jī)箱分5槽、13槽等規(guī)格。 　　3.1.2　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　VXI總線系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為資源管理器和組態(tài)寄存器兩種。資源管理器用于完成下述軟件功能：識(shí)別所有的儀器，對(duì)管理器進(jìn)行自檢，分配存儲(chǔ)器，分配中斷線，分配通信等級(jí)。資源管理器可管理0～255共計(jì)256個(gè)VXI總線儀器。 　　VXI總線組態(tài)寄存器用于存儲(chǔ)儀器模塊的各種信息。每個(gè)VXI總線儀器都包含以下信息：儀器型號(hào)及裝置類型，通信能力，狀態(tài)信息，存儲(chǔ)器的需求。VXI總線的通信又分兩種類型：消息基，寄存器基。前者支持的標(biāo)準(zhǔn)VXI總線通信協(xié)議，例如字串行協(xié)議；后者不支持通信協(xié)議，僅支持VXI總線的配置寄存器，因此不能通用。 　　3.1.3　控制器結(jié)構(gòu) 　　常用的控制器有以下幾種： 　　a.IEEE-488控制器。它可以接幾個(gè)主機(jī)箱，亦可同時(shí)接IEEE-488儀器。其特點(diǎn)是具有zui普通的儀器界面，容易將VXI總線儀器與IEEE-488儀器混合使用，zui高傳輸速率為1MB/s，速度zui慢，zui多可控制168個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，。 　　b.嵌入式（亦稱內(nèi)置式）VXI總線控制器。它能直接放入主機(jī)箱中，并具有一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)（486或586微機(jī)）的全部功能。其主要特點(diǎn)是外形尺寸小，能直接控制VXI總線及12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，傳輸速率達(dá)40MB/s，速度zui快。 　　c.MXI控制器。其價(jià)格與IEEE-488控制器相當(dāng)，傳輸速率可達(dá)（20～33）MB/s。 　　3.1.4　VXI即插即用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　采用VXI即插即用標(biāo)準(zhǔn)能夠降低成本并*支持對(duì)VXI儀器、控制器和軟件的操作，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成與軟件編程。該系統(tǒng)是通過(guò)一個(gè)被稱作“框架”的特殊部分，用作聯(lián)接VXI總線儀器與系統(tǒng)軟件的橋梁。此框架能提供可操作的軟件，并規(guī)定了一個(gè)良好的軟、硬件環(huán)境。目前通用的框架就是由Windows所支持的，稱為WIN框架。它是基于Windows軟件，采用In PCzui廣泛的編程語(yǔ)言，并可移植到視窗98環(huán)境中。 　　從技術(shù)上講，WIN框架采用Windows的圖形用戶界面，通過(guò)動(dòng)態(tài)聯(lián)接庫(kù)（DLL）和虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）通信I/O來(lái)控制VXI儀器。WIN框架包括儀器驅(qū)動(dòng)器、軟面板、在線文件、基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、VISA通信I/O和標(biāo)準(zhǔn)安裝程序。VXI即插即用系統(tǒng)的應(yīng)用程序必須通過(guò)VISA通信I/O之后，才能經(jīng)硬件I/O去控制VXI總線儀器。 　　3.2　系統(tǒng)集成 　　3.2.1　系統(tǒng)組成 　　系統(tǒng)集成由硬件（主機(jī)箱、控制器和儀器模塊）和軟件所組成。下面給出由HP公司提供的系統(tǒng)集成典型實(shí)例： 　　●E1401B型C尺寸13槽主機(jī)箱 　　●E1406A型0槽控制器 　　●外部控制器（586微機(jī)） 　　●E2073型HPIB總線接口卡 　　●E1411B型5位半數(shù)字多用表模塊 　　●E1428A型數(shù)字示波器模塊 　　●E1340A型函數(shù)發(fā)生器模塊 　　●E1413B型64通道A/D模塊 　　●E1328A型4通道D/A模塊 　　●E1330B型32通道數(shù)字I/O模塊 　　●E1469A型4×16繼電器開(kāi)關(guān)模塊 　　●HP/VEE5.0軟件 　　3.2.2　軟件的安裝 　　首先要安裝VISA通信I/O，再裝入所需的編程語(yǔ)言，zui后裝儀器的軟件。儀器軟件包含軟面板、驅(qū)動(dòng)程序、在線文件、基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的目錄結(jié)構(gòu)。 　　3.2.3　系統(tǒng)檢驗(yàn) 　　在系統(tǒng)集成之后應(yīng)操作儀器的軟面板，檢查儀器的通信是否正常。