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VXI总线测试系统
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引言&&& 在托卡马克等离子体物理放电过程中，破裂与据齿的研究具有重要的意义。在大多数托卡马克放电过程中都存在破裂与锯齿。破裂是一个值得事件，其间等离子体的约束遭到严重的破坏，它不仅限制了等离子体的电流和密度的运行区域，而且它造成的机械应力和热负荷给等离子体容器壁带来严重损害。对破裂，目前在理论上仍缺乏详尽理解，大体上可将其分为低q破裂和密度极限破裂。利用村上（Murakami）参数作横坐标的Hugill图，我们可以得到破裂和托卡马克等离子体运行区域的初略了解。&&& 在大多数情况下托卡马克等离子体中心存在驰豫振荡，也就是温度和密度的锯齿振荡。在上升期，磁轴附近的电流密度增加，中心q值下降，在下降期，磁轴附近的电流密度下降，中心值增加。锯齿的机制不太清楚，一般由卡达姆采夫重连模解释。&&& 破裂与锯齿的软X-射线行为大体可以分为四个阶段，即预前兆期、前兆期、快速下降期、以及恢复或熄灭期。对于破裂与锯齿的快速下降期，通常人们对它有一种误解，即认为在此期间，软X-射线信号是单调或准单调地下降的。，只要足够高，仔细观察，不难发现软X-振荡下降的，而且一阶小量大于零阶量（通常将直流成分定义为零阶量）。&&& 可见，为了获得破裂和锯齿行为的详尽信息，必须采用时间较高的等离子体诊断方式。随着采样频率的增加，获得的数据量也成倍增加，这给数据的存储、传送和处理带来了极大的困难。要在漫长的放电过程中，实现高速数据采集，并在给定的短时间内完成数据的存储、传送和处理成为构建要解决问题的关键所在。构建VXI测试系统&&& 由于在托卡马克等离子体物理漫长的放电过程中，破裂和锯齿是非常短暂的过程，这为我们克服这些困难提供了条件。&&& 我们以这样的方式组成40通道VXI数据采集测试系统，针对漫长的放电过程除破裂和锯齿等短暂过程外其的特征，在各个通道采用较低的采样率采集全过程数据，确保能采集到放电全过程的数据，就可以满足对放电过程的概况测试。将其战速采集时间设定为1.6秒，可以覆盖所有放电过程。但由于采样频率低，整个持续1.6秒的慢采集过程形成的数据量也就仅仅每通道几十K。&&& 低速采集的同时，每通道还有一个与低速采集并行进行着的高速采集，专门用来采集破裂和锯齿事件。&&& 高速采集和低速采集有各自不同的存储数据，高速采集的存储器被分为很多片段，最多可分为16段，每段存储器采集存储一个破裂和锯齿事件数据。在低速采集开始以后，由一个专门的事件触发模块多次触发快速采集，每次触发启动一次快速采集过程，记录一个事件信号。由于破裂和锯齿事件非常短暂，持续时间也就几毫秒，对于2MSa/s的高速采集，每通道存储器总的长度不到100K就可满足多次快速采集的存储数据的需要。&&& 这样一来，我们构建的VXI测试系统用一种变通的方式实现既可以由低速采集观察到漫长的放电过程的全貌，又可以由高速采集仔细分析破裂和锯齿的短暂过程，以及判断事件出现在放电过程的时刻，将常规方式采集下每通道约3MSa的存储器需求降到100KSa左右，解决了由于采样频率的增加而产生的数据量成倍增加的矛盾。为在给定的短时间内完成数据的存储、传送和处理提供了保证。功能设计考虑&&& 要构建测试系统，我们首先需要一个最基本的VXI平台：13槽的VXI机箱和零槽控制器，在此平台基础上，我们开始构建这套专用系统的测试功能部分。功能部分的硬件被抽象为两个基本功能：一个是信号数据采集和存储，包括慢速的全过程采集和同时进行的快速的破裂和锯齿事件捕捉；另一个是识别和判断破裂和锯齿事件，产生对采集的触发。两个抽象的基本功能确定了测试系统要开发的两种类型的VX I模块：和事件触发模块。&&& 在我们的测试系统中，需要40个并行采集通道，数据被设计为每模块4个通道，需用到10个采集模块数。40个通道并行工作，系统的快速采集只需要由一个事件触发模块来启动，只需要对被监视的一路信号来加以判别产生动作。13槽的VXI机箱刚好满足使用。&&& 系统工作模式是这样进行的：工作开始时，事件触发模块首先接受代表放电过程开始的外部触发信号，来启动数据采集模块的慢速采集，同时启动事件触发模块内部的破裂和锯齿事件鉴别工作。每当事件触发模块鉴别出设定事件时，它就立即通过TTLTRGn线发出触发信号，启动数据采集模块的一次快速的数据采集，捕捉破裂和锯齿事件信号。破裂和锯齿事件的发生到事件触发模块鉴别出事件，给出触发信号总会有延迟，所以，在快速的每一次数据采集对应的存储数据中，还必须使用负延迟触发功能。一次快速数据采集完成自动进入下一段存储器，准备接受下一次触发，启动下一次采集，直到设定的快速数据采集次数全部完成。&&& 最后，当数据采集模块1.6秒的慢速采集数据过程全部完成，整个采集过程宣告结束，才可以开始处理数据，并准备下一次的工作。技术关键&&& 系统一方面要以一个快速的采集，捕捉到破裂的锯齿事件信号进行研究，另一方面又要因保证数据处理速度而控制数据量，这是一个矛盾。对这个矛盾，前面的的设计已给出了很好的解决办法。不少是出现在接下来的模块设计和实现的模块的各项功能中。&&& 事件触发模块：为了识别信号事件，先要定义一个信号事件。破裂，锯齿或者别的事件。选取我们想识别的事件，既要做到毫无遗漏，同时也不会误选。这给我们识别事件提出了较高的要求。&&& 1.事件属性的定义。苛刻的条件很容易将我们想要的事件过滤掉而遗漏。然而宽松的要求很容易产生误触发，用尽可能多的事件属性来筛选我们所要的事件，才可能抓住事件区别于别的事件的特征。然而，要处理多个属性，需要更多的计算判别时间，会带来别的问题。在对HL-1M放电过程中破裂与锯齿特性的深入了解的基础上，经过摸索和多次改选，算法代码中用7个属性来筛选特定的破裂与锯齿。&&& 2.实时响应。由于每一次快速采集只能采集一个较短的时间过程，即使采用负延时，从事件发生到给出触发信号的延时也不能超过一个快速采集存储片的总存储时间，当超过这个时间，就只能采集到事件之后的数据，而丢失重要的事件信号数据。&&& 为提高响应时间，这里采用DSP芯片来完成计算功能。选用的是AD公司的40MHz的ADSP-21061芯片。 ADSP-21061这种哈佛结构的DSP芯片，不同于传统的冯·诺依曼并行的芯片。ADSP-21061将数据存储在不同的内存里，由24位的程序总线和的数据总线分别进行存取，实现了取指令和取操作数的并行工作，具有很高的效率。&&& DSP芯片的采用，使事件触发模块可以在破裂与锯齿事件数微秒之内作出计算识别，给出触发信号。保证了事件触发的实时响应性。 　&&& 数据采集模块：数据采集模块的设计难点在于其功能。它有两套采集机制，能以一个较低的采样频率，采集放电的全过程，同时又可由事件触发模块启动快速采集，捕捉到破裂和锯齿事件信号。&&& 设计和实现中，模块只使用了一套A/D转换器，按快速采集的采样率工作。慢速采集获取数据时将漏掉对于慢速采集来说多余的数据，只按它本身对应的慢采速率得到数据。这样既可以节约硬件成本，又保证两套采集机制下数据的。&&& 为了找到破裂和锯齿事件发生在放电过程的相对时刻，需要作一个识别标志。A/D转换器的分辨率为 12Bit，而数据总是以16Bit方式存储和访问，可以利用富余的4Bit数据位来实现。当每次速采集结束时，保存最后一个数据时做上结束标志。&&& 慢速采集，是一种常规的采集方式，从零地址启动，采满即结束。但快速采集则要复杂得多，它在每一个片段的存储器内都要按环形存储器方式工作，数据不停地存人存储器，新的数据总是覆盖旧的数据，直至一次采集结束。片段内的结束地址也就是起始地址，这样来实现每一段的负延迟采集。当一个片段的高速数据采集完成，需要在结束地址的数据作上结束标志供数据处理时使用，然后跳到下一个片段，并在下一个片段又继续采集存储数据。&&& VXI硬件平台：在系统测试硬件的设计方面，我们花了很多精力进行精心设计，使满足测试需求条件下的测试得到的数据量大大减小。尽管如此，系统共40个通道的总数据量仍然非常大，配备一个数据吞吐量较高VXI硬件系统平台就显得很重要，我们为系统配备了一个MXI的零槽控制器，保证数据的快速传输，使系统平台这一环不会成为数据传输的瓶颈，保证整个系统具有高效率。系统功能验证　　在完成系统测试部分的设计和制作后，对它的测试和功能验证显得非常重要。将没有经过测试的仪器直接进人现场使用是非常危险的，测试失败将会造成大量人力和物力的浪费，损失我们宝贵的时间。为方便测试和验证系统功能，我们利用VXI机箱剩余的最后一个空槽，为系统集成了一个任意波形模块JV53202。
&&& 利用JV53202任意波形函数模块的用户形功能，将以前试验曾经获得的后，下载到JV53202模块内部作为波形输，可以模拟托卡马克等离子体物理漫长的放电过程中破裂和锯齿的试验条件，对系统进行测试和功能验证。　　事实证明，这种测试是系统必不可少的一环，它降低了风险，为系统最终成功获取试验数据提供了保障。
&&& 利用先进的硬件平台，构建的这套测试系统是将VXI总线测试仪器引人托卡马克等离子体物理应用方面的一次尝试。系统合理利用了VXI总线资源，使系统测试能力增强，同时缩小系统体积，降低系统成本。成熟的VXI总线模块资源也给系统的组建和测试带来方便。可以预见，VXI测试技术将会在等离子体物理方面不断得到更多的应用。
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自动测试系统实验教案
导读：实验三GPIB、VXI总线自动测试系统组建，一、实验目的，能够根据具体的测试要求，组建相应的自动测试系统，并根据测试任务，开发测试程序，掌握自动测试系统的软硬件开发过程，二、实验要求，设计滤波器电路（高通、低通或带通）作为测试对象，选择测试系统软件开发工具（如C/C++、LabView等），利用GPIB仪器任意函数发生器33250A或VXI任意函数发生器模块E1441和，开发软件测试程序，测试OUTPut:LOAD 50\\n SOURce:APPLy:SIN .5\\n 常用波形：NOIS
USER APPL:SIN
产生一个正弦波 CAL:COUN FUNC:SHAP SIN FREQ
5.0E+3 VOLT 5.0 VOLT:offs C2.5 FREQ:STAR 2E06 FREQ:STOP 1E07 SWE:TIME 5 SWE:STAR ON 4. 示波器一些常用命令
“TIMEBASE:RANGE 5E-4”
“TIMEBASE:DELAY 0”
“TIMEBASE:REFERENCE CENTER”
“TIMEBASE:REFERENCE CENTER;DELAY 0.00001” “TIMEBASE:CHANNEL1 :COUPLING DC”
“TIMEBASE:CHANNEL1:RANGE
2” “TIMEBASE：CHANNEL1: OFFSET -.4” “CHANNEL1:RANGE 2 ;OFFSET 0” 示波器测量电压：measure:vpp? Channel1 示波器测量频率：measure:freq? Channel1 5．万用表一些常用命令 viPrintf(DMM,”MEAS:VOLT:DC?\\n”) viScanf (DMM, \printf (“VOLTS
%s\\n\CONF:VOLT:DC 18 TRIG:SOUR
EXT TRIG:COUN
3 SAMP: COUN
启动测量 CALC:AVER:AVER? CALC:AVER:MAX?(MIN?)
GPIB、VXI总线自动测试系统组建
一、实验目的 能够根据具体的测试要求，选用适当的VXI、GPIB仪器/模块，组建相应的自动测试系统，并根据测试任务，开发测试程序，掌握自动测试系统的软硬件开发过程。 二、实验要求 设计滤波器电路（高通、低通或带通）作为测试对象，选择测试系统软件开发工具（如C/C++、LabView等），利用GPIB仪器任意函数发生器33250A或VXI任意函数发生器模块E1441和GPIB示波器54622D组建自动测试系统，开发软件测试程序，测试滤波器的幅频特性，绘制幅频特性曲线，并对测试结果进行误差分析和处理。要求有友好的人机交互界面。 三、实验基本原理与功能
VXI机箱 GPIB总线 零槽模块函数发生器模块数字万用表模块计数器模块测试探头、夹具 ??
测试系统软件 主控计算机 测试对象 图3.1
VXI总线自动测试系统结构示意图
7 如图3.1所示为一外挂式主控计算机自动测试系统的基本结构简图，该结构 包括插入通用计算机的IEEE488接口卡，位于VXI主机箱零槽模块的IEEE488-VXI翻译器，IEEE488电缆及VXI仪器模块。在这种结构中，主控计算机通过IEEE488接口与位于一个或多个主机箱零槽模块上的IEEE488-VXI接口模块进行通信，VXI总线主机箱的初始化以及IEEE488和VXI总线协议的转换是由固化在零槽模块中的软件来实现的。每个模块被分配有一个独立的IEEE488地址，这样，计算机就可以像控制IEEE488仪器那样控制VXI总线模块进行工作。 实验中，通过调用VISA的I/O接口软件库来实现对GPIB器件或VXI模块的控制。VISA，即虚拟仪器软件结构，是VPP系统联盟制订的I/O接口软件标准及其相关规范的总称。VISA库一般用于编写符合VPP规范的仪器驱动程序，完成计算机与仪器间的命令和数据传输，以实现对仪器的程控。对于应用程序开发者而言，VISA库函数是一套可方便调用的函数，其中核心函数可控制各种类型的器件，这样，在软件的编制中，利用VISA库函数，就可以实现对仪器的控制。 四、 设计举例 例：由计算机向一个函数/任意波形发生器或相应的VXI模块发出产生波形 的命令，然后由示波器测试该波形的幅度。 下面通过调用VISA的I/O接口软件库函数，对GPIB仪器与VXI模块进行控制和操作。一般VISA应用程序分为声明、开启、器件I/O、关闭四部分。 程序说明如下：对于C或C++程序，应在程序的开始包括头文件visa.h 。 visa.h包含VISA库中的所有函数及函数参数等。visa.h中还包含另一头文件visatype.h，visatype.h头文件定义了VISA数据类型，如例中的ViSession，ViUInt32等。程序编制如下：
#include \#include \int main(int argc, char* argv[]) {
ViSession def,funcgen,funcgen1,
char buf[3072]; int freq=100;
viOpenDefaultRM(&def); viOpen(def,\
viLock(funcgen,VI_EXCLUSIVE_LOCK,5000,VI_NULL,VI_NULL);
viOpen(def,\
viLock(osci,VI_EXCLUSIVE_LOCK,5000,VI_NULL,VI_NULL);
for(int k=1;k<=20;k++) {
viPrintf(funcgen,\viQueryf(osci,\ printf(\ the amp is %s\\n\ freq = freq+50;
viUnlock(funcgen);
} 五、 设计性实验任务 viUnlock(osci); viClose(osci); viClose(funcgen); viClose(def); return 0; 1．设计课题 设计一个滤波器电路（高通、低通或带通）作为测试对象，组建自动测试系统，对滤波器的幅频特性进行测试。 2．实验仪器、设备： 主控计算机
VXI零槽模块E1406A
函数/任意波形发生器模块E1441A
数字万用表模块E1412A
1块 函数/任意波形发生器33250A
混合信号示波器54622D
1块 GPIB电缆
9 3．设计步骤与要求： 1) 认真阅读本实验介绍的自动测试系统的组建方法和测试程序开发方法，写出实验预习报告 2) 设计一个滤波器电路（高通、低通或带通） 3) 选择适当的VXI、GPIB仪器/模块 4) 完成自动测试系统的硬件连接 5) 选择一种自动测试系统软件开发工具，根据测试任务编写测试程序，用函数/任意波形发生器产生一路信号，作为滤波器的输入，用数字繁用表或示波器测试不同频率下滤波器的输出幅值，记录测试结果，绘制滤波器的幅频特性曲线图，并对测试结果进行误差分析和处理。 6) 根据实验结果，完成实验报告。 4．思考题 在整个自动测试系统中，测试软件的作用是什么？如何理解“软件就是仪器”的概念？
六．自动测试系统设计相关问题 1．变量类型及定义： ViSession
funcgen,defRM, ViString
buf[20]; ViS
buf[512]={0};
2．常用函数介绍： viOpenDefaultRM(&defRM)
打开一个资源管理器 viOpen(defRM, ”GPIB1::10::INSTR” ,VI_NULL,VI_NULL,&funcgen) viClose(funcgen) viLock(VI,VI_EXCLUSIVE_L OCK,5000,VI_NULL,VI_NULL) viUnlock(funcgen) viPrintf(vi,”*RST;*IDN;*CLS\\n”) viScanf (funcgen, \ 10 printf (\viPrintf(vi,”APPL:SIN ,-2.5\\n”) viQueryf(vi,”MEASURE:VPP? CHANNEL1”,”%t”,buf) viQueryf(vi,”*TST?\\n”,”%t”,&buf) viQueryf(vi,”syst:err?\\n”,”%t”,buf) viSetAttribute(funcgen,VI_ATTR_TMO_VALUE,10000)
设置时限10秒钟，若在10秒内函数操作不能完成，则超时，返回错误
3.软件开发注意仪事项 设你建立的工程路径为：F:\\ 将D:\\VISA\\winnt\\lib\\msc\\下的文件visa32.lib
在VC开发环境下“工程/设置/LINK/” 中添加文件：visa32.lib，用空格和
其它动态联接库文件分开
把目录D:\\VISA\\winnt\\include 下的 文件visa.h和visatype.h拷到目录：
D:\\microsoft visual studio \\vc98 \\include\\下
或直接将visa.h和visatype.h拷到 F:\\\\ 下。
实验中，可以先尝试发命令给函数发生器，或者从示波器读取数据，以验
证程序的正确性，再进一步编程。
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相关内容搜索如何组建VXI总线测试系统--《兰州石化职业技术学院学报》2004年04期
如何组建VXI总线测试系统
【摘要】：对如何选择满足具体测试任务要求和特点的VXI系统硬件和软件进行了分析,介绍了如何组建VXI自动测试系统。
【作者单位】：
【分类号】：TP273【正文快照】：
　　VXI总线技术是工业标准VME总线和程控仪器标准IEEE-488协议基础上发展起来的一种先进的接口总线技术。其特点是:灵活性强、模块化、高性价比、标准化、体积小和多供货商支持等。VXI系统提供了众多功能丰富的仪器模块及扩展与接口模块,为人们组建实际系统提供了灵活的方式
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