儀表總線技術(shù)及應(yīng)用

前言

任何測量與控制系統(tǒng)中都包含相應(yīng)的儀表單元，儀表單元是測量與控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，是實現(xiàn)各種測量與控制的手段和條件。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對測量與控制系統(tǒng)中儀表單元的要求越來越高，儀表技術(shù)也發(fā)生了重大的變化，虛擬儀器技術(shù)已成為當今儀器技術(shù)發(fā)展的主要方向。虛擬儀器技術(shù)從總體而言包括兩個基本要素，即硬件和軟件。虛擬儀器技術(shù)涉及計算機軟／硬件技術(shù)、儀器儀表總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等多個學科。本書的內(nèi)容體系是以儀器儀表常用的總線技術(shù)為主線索，從儀表總線的構(gòu)成、特點、相關(guān)的機械規(guī)范及電子電氣規(guī)范角度分別討論常用計算機總線及儀表總線。本書共12章。第1章介紹儀表與自動測試技術(shù)的發(fā)展；儀表總線技術(shù)概述及儀器與自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。第2章詳細介紹有關(guān)總線的基本概念及常用計算機總線技術(shù)，如STD總線、XT／ISA／EISA總線、RS-232C／RS-422／RS一485總線、USB總線及IEEEl394.總線。第3章詳細介紹PCI總線的特點及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；PCI總線信號定義；PCI總線操作；PCI總線協(xié)議；PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程；PCI及設(shè)備選擇；PCI總線配置及實現(xiàn)技術(shù)；PCI中斷響應(yīng)周期、中斷共享及仲裁；PCI BIOS與.PCI-PCI橋及Compact.PCI總線技術(shù)；PCI-Express總線方面的基本概念及知識。第4章介紹GPIB總線的基本特性與總線結(jié)構(gòu)；基本接口功能；GPIB總線系統(tǒng)中消息及傳遞；總線聯(lián)絡(luò)基本過程及IEEE488.2標準。第5章詳細介紹VXI總線技術(shù)，主要包括：VME總線技術(shù)規(guī)范；VXI總線系統(tǒng)的機械與電氣規(guī)范、VXI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；VXI總線自動測試系統(tǒng)的集成及VXI總線即插即用規(guī)范。第6章針對PXI總線技術(shù)介紹PXI總線規(guī)范結(jié)構(gòu)及其特點；PXI總線機械規(guī)范；PXI總線電氣規(guī)范；PXlI總線軟件規(guī)范；PXI機箱與控制器；PXI儀器及測試系統(tǒng)組建；PXI Ex-press總線。第7章主要介紹L）（I總線的基本特點、技術(shù)概要、物理規(guī)范、同步觸發(fā)機制、軟件編程規(guī)范及LxI的LAN標準。第8章圍繞虛擬儀器的組成方法及其特點，詳細介紹虛擬儀器的概念、組成、特點及其設(shè)計要領(lǐng)；介紹常用虛擬儀器的軟件標準及虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境，并以大量的應(yīng)用實例介紹虛擬儀器的設(shè)計方法。第9章、第11章、第12章以工程應(yīng)用實例為背景，分別舉例說明基于PCI總線、PXI總線、LXI總線及USB總線等的虛擬儀器的組建方法及軟、硬件的配置方法，以便讀者在較短的時間內(nèi)熟悉各類儀表總線在實際測量與控制、儀表領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。第10章介紹幾種基于VXI總線的模塊設(shè)計方法及其應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　《儀表總線技術(shù)及應(yīng)用（第2版）》以儀表總線及其應(yīng)用為主線，系統(tǒng)地介紹了儀表總線的發(fā)展及智能儀器、虛擬儀器的相關(guān)概念；詳細介紹了常用計算機總線的相關(guān)概念、總線規(guī)范；從儀表總線構(gòu)成、特點、相關(guān)的機械規(guī)范及電子電氣規(guī)范角度分別討論了常用的儀表總線，如GP-IB、VXI、PCI、PXI：、LXI等；詳細介紹了虛擬儀器的構(gòu)成、分類、軟件規(guī)范及常用的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境等，并通過工程應(yīng)用實例分別介紹了PCI、PXI、VXI、LXI及USB總線在虛擬儀器及相關(guān)模塊中的應(yīng)用?！　　秲x表總線技術(shù)及應(yīng)用（第2版）》可作為工科院校儀器儀表專業(yè)、自動測試及檢測專業(yè)的本科生、研究生的教材，也可作為從事儀器儀表、自動測試工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 儀表與自動測試技術(shù)的發(fā)展概況1.1.1 儀表技術(shù)的發(fā)展概況1.1.2 自動測試技術(shù)的發(fā)展概況1.2 儀表總線技術(shù)概述1.2.1 總線標準及其組成1.2.2 具有總線系統(tǒng)的儀表的特點1.2.3 儀表專用總線1.3 儀器與自動測試系統(tǒng)的展望第2章 常用計算機總線技術(shù)2.1 概述2.1.1 總線和接口標準2.1.2 總線和接口標準分類2.1.3 總線的組成2.1.4 總線的性能指標2.1.5 總線的層次化結(jié)構(gòu)2.2 STD總線2.2.1 STD總線概述2.2 STD總線信號定義2.2.3 STD總線信號功能2.2.4 STD總線信號的時序2.3 XT／ISA／EISA總線2.3.1 XT／ISA／EISA總線概述2.3.2 XF／ISA／EISA電氣規(guī)范2.3.3 XT／ISA總線的機械規(guī)范2.3.4 PC-104總線2.4 RS-232C／RS-422／RS-485接口標準2.4.1 RS232C接口標準2.4.2 Rs-422接口標準2.4.3 RS-485接口標準2.4.4 幾種串行通信接口標準的比較2.5 USB總線2.5.1 USB總線概述2.5.2 USB設(shè)備及其描述2.5.3 USB系統(tǒng)的組成和拓撲結(jié)構(gòu)2.5.4 USB的數(shù)據(jù)傳輸2.5.5 USB設(shè)備接入和開發(fā)2.6 IEEE1394總線2.6.1 IEEE1394總線概述2.6.2 IEEE1394拓撲結(jié)構(gòu)2.6.3 地址分配2.6.4 協(xié)議結(jié)構(gòu)2.6.5 通信模型2.6.6 線纜和連接器第3章 PCI總線技術(shù)3.1 PCI總線的特點及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1.1 PCI總線的主要性能3.1.2 PCI總線的特點3.1.3 PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1.4 PCI總線規(guī)范簡介3.2 PCI總線信號定義3.2.1 系統(tǒng)信號定義3.2.2 地址和數(shù)據(jù)信號3.2.3 接口控制信號3.2.4 仲裁信號3.2.5 錯誤報告信號3.2.6 中斷接口信號3.2.7 其他可選信號3.3 PCI總線操作3.3.1 PCI總線操作命令編碼3.3.2 PCI總線命令簡介3.3.3 PCI總線命令使用規(guī)則3.4 PCI總線協(xié)議3.4.1 協(xié)議概述3.4.2 PCI總線的傳輸控制3.4.3 PCI總線的編址3.4.4 字節(jié)對齊3.4.5 總線的驅(qū)動與過渡3.5 PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程3.5.1 PCI總線上的讀操作3.5.2 PCI總線上的寫操作3.5.3 PCI總線傳輸?shù)慕K止過程3.6 PCI設(shè)備選擇3.7 PCI總線配置及實現(xiàn)技術(shù)3.7.1 配置空間組織3.7.2 配置空間的功能3.7.3 配置空間的訪問3.8 PCI中斷響應(yīng)周期、中斷共享及仲裁3.8.1 PCI中斷的響應(yīng)周期3.8.2 PCI中斷響應(yīng)共享3.8.3 PCI總線仲裁3.9 PCI BIOS與PCI-PCI橋3.9.1 PCIBIOS3.9.2 PCI-PCI橋簡介3.10 Compact PCI總線技術(shù)3.10.1 Compact PCI總線的特點3.10.2 Compact PCI的機械結(jié)構(gòu)3.10.3 Compact PCI的電氣特性3.10.4 Compact PCI系統(tǒng)擴展3.11 PCI.Express總線3.11.1 總線結(jié)構(gòu)3.11.2 總線特點第4章 GPIB總線技術(shù)4.1 概述4.2 GPIB總線的基本特性與總線結(jié)構(gòu)4.2.1 基于GPIB總線的測試系統(tǒng)4.2.2 GPlB總線的基本特性4.2.3 GPIB總線的信號定義4.2.4 GPIB總線的連接器4.3 基本接口功能4.3.1 十大接口功能4.3.2 器件功能4.3.3 接口功能的子集4.4 GPIB總線系統(tǒng)中消息及其傳遞4.4.1 消息分類4.4.2 接口消息及其編碼4.4.3 多地址使用情況4.4.4 接口系統(tǒng)的消息傳遞4.5 三線聯(lián)絡(luò)基本過程4.5.1 三線聯(lián)絡(luò)的基本原則4.5.2 三線聯(lián)絡(luò)的基本過程4.6 IEEE488.2 標準4.6.1 IEEE488.2 標準的主要內(nèi)容4.6.2 IEEE488.2 器件功能命令集4.6.3 IEEE488.2 控制器4.6.4 IEEE488.2 的狀態(tài)報告模型4.6.5 IEEE488的性能擴展4.7 GPIB接口芯片及接口設(shè)計4.7.1 GPIB接口芯片4.7.2 FMS-9914A可編程GPIB接口芯片應(yīng)用第5章 VXI總線技術(shù)5.1 概述5.2 VME總線技術(shù)規(guī)范5.2.1 VME總線概述5.2.2 VME總線的機械規(guī)范5.2.3 VME總線的電氣規(guī)范5.2.4 VME總線控制器5.3 VXI總線系統(tǒng)的機械規(guī)范與電氣規(guī)范……第6章 PXI總線技術(shù)第7章 LXI總線技術(shù)第8章 虛擬儀器技術(shù)第9章 基于PCI總線的虛擬儀器系統(tǒng)第10章 基于VXI總線的儀器模塊及其應(yīng)用第11章 基于PXI總線的虛擬儀器系統(tǒng)第12章 基于LXI總線的測試系統(tǒng)及應(yīng)用參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：VXI總線是在VME計算機總線的基礎(chǔ)上，擴展了適合儀器應(yīng)用的一些規(guī)范而形成的。VXI總線是一個公開的標準，其宗旨是為模塊化電子儀器提供一個開放的平臺，使所有廠商的產(chǎn)品均可在同一個主機箱內(nèi)運行。VXI總線是計算機技術(shù)、數(shù)字接口技術(shù)與電子儀器測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，集中了工業(yè)標準VME總線高速通信和GPI|B接口易于組合、程控簡單的特點，實現(xiàn)了模塊儀器結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)軍用測試系統(tǒng)采用機架式結(jié)構(gòu)相比，由各種VXI儀器模塊組成的軍用測試系統(tǒng)體積更小、功能更強、開放性更好、使用更靈活，并且VXI系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了抗振、冷卻、抗干擾等可靠性指標，適用于機動與現(xiàn)場條件下的高可靠性工作。1992年IEEE正式制定了關(guān)于VXI總線的國際標準IEEEll55。1995年VXI即插即用（VXI Plug&Play）標準的推出，為VXI儀器驅(qū)動器標準化提供了依據(jù)，也使得VXI儀器朝實現(xiàn)虛擬儀器方向邁出了重要的一步。5.虛擬儀器20世紀80年代中期，隨著計算機技術(shù)與電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在以計算機為平臺的測控儀器中軟件和總線的作用日益突出，測試儀器的物理功能越來越多，對計算功能的要求越來越高，傳統(tǒng)的硬件化儀器的固有缺點（如封閉性、缺乏靈活性、響應(yīng)速度慢等）已使它越來越不能滿足測試儀器功能日益強大的要求，因此用軟件取代硬件便成為儀器儀表領(lǐng)域的一個迫切需要解決的問題；同時因為被測對象的頻率范圍越來越寬，因此要求總線具有相應(yīng)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和靈活的擴展性能；另外，面對各種各樣復雜的測試要求，希望軟件系統(tǒng)不僅能完成測試所需的功能，而且還要易于使用。計算機總線技術(shù)、軟件技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得微機在計算機儀器上的作用遠遠超出了計算機儀器發(fā)展初期主要是用來完成控制的范圍。特別是近10年來出現(xiàn)的數(shù)字信號處理器（DSP），它與微機軟件相結(jié)合將產(chǎn)生強大的計算與控制能力，這使其在一定的實時性要求下取代了許多原來由硬件完成的功能并能完成許多硬件不能勝任的功能，這標志著“軟件即儀器”時代的到來。正是由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)飛速發(fā)展，測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合正引起測試儀器領(lǐng)域里一場新的革命，一種全新的儀器結(jié)構(gòu)概念導致了新一代儀器——虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）的出現(xiàn)。它是現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進入一個新的發(fā)展紀元。虛擬儀器就是用戶在通用計算機平臺上，根據(jù)需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，使得使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設(shè)計的測試儀器一樣。虛擬儀器概念的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的工作模式，用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，在測試系統(tǒng)和儀器設(shè)計中盡量用軟件代替硬件，充分利用計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能?！败浖褪莾x器”是虛擬儀器概念最簡單，也是最本質(zhì)的表述。

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《儀表總線技術(shù)及應(yīng)用(第2版)》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

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