摘要：本文介紹了把高速數(shù)據(jù)采集卡、高頻任意信號(hào)發(fā)生器與工控計(jì)算機(jī)等集成為虛擬儀器系統(tǒng)，用于飛機(jī)信息的顯示仿真，采用該技術(shù)的仿真系統(tǒng)具有優(yōu)秀的性能。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 任意信號(hào)發(fā)生器 虛擬儀器 仿真 里沙育（Lissajous）合成
Aero display emulational system base on virtual instruments technical Abstract:The paper instroduced the Virtual Instrumental system ,which consists of high speed measurement 、high frequency Arbitrary Wave/Function Generator、industry control computer,the system is used of displaying emulational information,the emultional system can get a very nice result by using this system
Keywords:Measurement Arbitrary Wave/Function Generator Virtual Instruments
飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)駕駛員是一項(xiàng)非常必要的工作，它直接關(guān)系到飛機(jī)和駕駛員的安危。為了及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，縱橫儀器公司與合作伙伴一起設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了該仿真系統(tǒng)，該項(xiàng)目是某型號(hào)飛機(jī)部分設(shè)備運(yùn)行信息的仿真系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)原理
該系統(tǒng)通過(guò)采集機(jī)寫(xiě)設(shè)備上需要監(jiān)測(cè)的信號(hào)，合成需要顯示的信息，通過(guò)該顯示來(lái)判斷設(shè)備運(yùn)行情況。在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)時(shí)，使用虛擬儀器的概念，這樣可以將更多的工作交付給軟件，減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
2、設(shè)備構(gòu)成
（1）JV52114 40M數(shù)據(jù)采集卡一張
本系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性，JV52114是縱橫儀器公司推出的四通道PCI數(shù)據(jù)采集卡，它的A/D分辨率為12位，直流精度為0.25%FSR，交流精度為0.6%，該卡多通道采樣的同步性高，同步誤差可達(dá)到一個(gè)采樣周期（即25ns）。為了保證達(dá)到以上技術(shù)指標(biāo)，該采集卡應(yīng)用了高速精密運(yùn)算放大器和精密衰減濾波網(wǎng)絡(luò)，四通道并行采樣，從設(shè)計(jì)、元器件及工藝上保證多通道測(cè)量的精確性和相位一致性以及卡的可靠性和穩(wěn)定性。
（2）JV52132任意波形發(fā)生器三張
本系統(tǒng)對(duì)任意波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)要求較高，采用縱橫儀器公司推出的基于PCI總線的JV52132，它的D/A轉(zhuǎn)換率在0.02Hz~40MHz（以0.0291Hz為步進(jìn)）、最大輸出頻率為2MHz、非線性大于10-bit， 直流精度為±（設(shè)定值×0.4%+6mV）、交流精度為±1.5%，其它技術(shù)指標(biāo)如下：
諧波失真（正弦波非線性失真）：10Hz～200KHz -56dBc
200KHz～2MHz -56dBc+20log(f/200K)
非諧波失真（正弦波非線性失真）：10Hz～200KHz -56dBc
200kHz～2MHz -46dBc
支持外觸發(fā)方式：TTL電平
（3）工控機(jī)一臺(tái)
由于本系統(tǒng)中需要用到的PCI卡有四張以上，考慮到擴(kuò)充性，需要選擇有較多PCI總線槽的工控機(jī)，同時(shí)由于有較多數(shù)據(jù)需要處理，要求工控機(jī)有高速的處理能力和較大的存盤(pán)能力，所以在選配中，對(duì)工控機(jī)的CPU和硬盤(pán)做了高配置。
（4）XY顯示器一臺(tái)
該顯示器為合成專(zhuān)用顯示器，顯示精度非常高，同時(shí)支持三路輸入，輸入方式可以選擇單端或差分輸入。
3、系統(tǒng)組成
根據(jù)仿真臺(tái)實(shí)際情況，即合成信號(hào)為三路，采集和波形輸出采用同一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)為60Hz的類(lèi)TTL信號(hào)。
整個(gè)系統(tǒng)組成如圖所示：
4、系統(tǒng)處理過(guò)程
通過(guò)JV52114 采集卡采集飛機(jī)仿真臺(tái)上的X、Y、Z三路信號(hào)，其中X、Y為合成有效信號(hào)，Z為亮度信號(hào)。采集過(guò)程中使用外觸發(fā)方式，外觸發(fā)信號(hào)來(lái)自仿真臺(tái)上的一路TTL信號(hào)，由于采集的所有數(shù)據(jù)將交付給計(jì)算機(jī)處理，所以，選擇合適的采樣長(zhǎng)度，盡量減少采集無(wú)用的信號(hào)，從而減少計(jì)算機(jī)的工作量。該系統(tǒng)中，采集軟件為縱橫儀器公司提供的BlackLand.SignalView，該軟件使用非常方便，支持對(duì)采集卡采集時(shí)量程檔、采集長(zhǎng)度等參數(shù)程控設(shè)置。如下圖所示，采集三路信號(hào)，綠色為亮度信號(hào)，其他兩條為有用信號(hào)，該信號(hào)合成后為一方格。采集到的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式存盤(pán)提供給使用者。
將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件處理、修正，轉(zhuǎn)換為用戶(hù)定義數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于JV52132調(diào)用，JV52132調(diào)用的數(shù)據(jù)格式可以是十進(jìn)制或二進(jìn)制。對(duì)于數(shù)據(jù)修正的必要性體現(xiàn)在，由于模擬臺(tái)的輸出信號(hào)精確度不能完全體現(xiàn)真實(shí)機(jī)載設(shè)備信號(hào)，采集模塊精度無(wú)論有多高，也將產(chǎn)生誤差，為了抵消這些誤差，選擇修正后的數(shù)據(jù)作為JV52132調(diào)用數(shù)據(jù)，更能體現(xiàn)仿真性能。JV52132輸出采用的觸發(fā)方式為外觸發(fā)，該外觸發(fā)信號(hào)來(lái)自仿真臺(tái)，為60Hz的TTL電平，由于JV52132對(duì)外觸發(fā)信號(hào)有嚴(yán)格要求，即必須是標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，所以來(lái)自仿真臺(tái)上的外觸發(fā)信號(hào)必須滿足要求。在輸出波形過(guò)程中，按60Hz的外觸發(fā)輸出，在每個(gè)觸發(fā)沿內(nèi)輸出一個(gè)周期信號(hào)，送到XY顯示器上合成顯示。如果不能滿足該要求，觸發(fā)輸出為連續(xù)時(shí)，輸出的信號(hào)頻率過(guò)高，合成后波形亮度過(guò)高，將可能造成XY顯示器燒毀。如果輸出頻率太低，亮度過(guò)低，不便于觀察。
在輸出到XY顯示器時(shí)，差分輸入將比單端輸入合成的圖形大一倍。所以根據(jù)信號(hào)情況，可以選擇不同的接入方式。
5、應(yīng)用軟件
由于使用虛擬儀器技術(shù)，所以在軟件開(kāi)發(fā)中，要求軟件界面儀器化、簡(jiǎn)潔化、友好化。上面介紹的BlackLand.SignalView采集軟件，具有強(qiáng)大的功能和友好的用戶(hù)界面，不需用戶(hù)再開(kāi)發(fā)。另外還需要開(kāi)發(fā)一套軟件，該軟件完成的功能是將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于JV52132調(diào)用的數(shù)據(jù)格式，JV52132調(diào)用這些數(shù)據(jù)、按60Hz外觸發(fā)多通道同步輸出等功能，軟件完成60Hz觸發(fā)輸出時(shí)，要求輸出數(shù)據(jù)量有限，如果太大（超過(guò)1M），計(jì)算機(jī)處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（超過(guò)1/60 S）不能完成每次觸發(fā)輸出，可能漏掉一些觸發(fā)沿。該軟件選用了縱橫儀器公司推出的測(cè)控軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)BlackLand產(chǎn)品。它采用標(biāo)準(zhǔn)C/C++語(yǔ)言，并且應(yīng)用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，使得軟件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重用性好，便于維護(hù)與擴(kuò)充，增強(qiáng)了軟件的復(fù)用性，極大的提高了編程效率。
6、結(jié)束語(yǔ)
飛機(jī)信息顯示仿真系統(tǒng)所涉及的技術(shù)重點(diǎn)在以下幾方面：
（1）、采集精度要求高；
（2）、波形輸出精度要求高；
（3）、波形輸出頻率要求特殊；
（4）、里沙育（Lissajous）合成品質(zhì)要求高；
（5）、軟件要求緊湊；
通過(guò)應(yīng)用測(cè)控軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)BlackLand對(duì)該軟件的開(kāi)發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)BlackLand不僅有數(shù)據(jù)信號(hào)分析處理的強(qiáng)大功能，而且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與交互式的開(kāi)發(fā)環(huán)境很好的結(jié)合在一起，支持遠(yuǎn)程調(diào)試。這樣就使原來(lái)煩瑣的開(kāi)發(fā)過(guò)程變得簡(jiǎn)單化，不但縮短了軟件的開(kāi)發(fā)周期，而且軟件的可靠性得到提高。另外，把虛擬儀器技術(shù)用于仿真開(kāi)辟了系統(tǒng)測(cè)試與仿真相結(jié)合的新思路。
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