自動(dòng)測試系統(tǒng)第三講1

自動(dòng)測試系統(tǒng)（3）AutomaticTestSystem

(ATS)

AutomaticTestSystem1自動(dòng)測試系統(tǒng)第三講計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）3.1計(jì)算機(jī)輔助測試的作用3.2

CAT系統(tǒng)典型組成3.3CAT基本模型3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.5CAT的發(fā)展3.6微機(jī)自動(dòng)檢測2自動(dòng)測試系統(tǒng)3.1計(jì)算機(jī)輔助測試的作用（1）什么是計(jì)算機(jī)輔助測試(CAT)（ComputerAidedTest）用計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備取代人的動(dòng)作、感覺功能和人的思維功能所進(jìn)行的測試。3自動(dòng)測試系統(tǒng)3.1計(jì)算機(jī)輔助測試的作用（2）計(jì)算機(jī)在測試過程的作用(a)控制測試過程；(b)激勵(lì)、產(chǎn)生可編程激勵(lì)信號(hào)；(c)數(shù)據(jù)處理，對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)字邏輯運(yùn)算，作出判決和估值；(d)輸出測試結(jié)果；(e)管理；(f)監(jiān)控報(bào)警。4自動(dòng)測試系統(tǒng)3.1計(jì)算機(jī)輔助測試的作用（3）CAT的優(yōu)點(diǎn)CAT的突出優(yōu)點(diǎn)是具有軟功能：用軟資源提高了測試的準(zhǔn)確性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，且投資小、收效大，性能價(jià)格比好；此外，系統(tǒng)總邏輯由軟邏輯和硬邏輯組成，具有柔性，特別適用于小批量、多品種產(chǎn)品的測試。5自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成CAT系統(tǒng)的主要組成有四個(gè)子系統(tǒng)： (1)硬輸入子系統(tǒng) (2)硬輸出子系統(tǒng) (3)軟輸入子系統(tǒng) (4)軟輸出子系統(tǒng)6自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成中央處理器CPURAMROM接口A/DA/AP/AP轉(zhuǎn)換器硬輸入子系統(tǒng)7自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成中央處理器CPU接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉(zhuǎn)換器D/AA/AA/P硬輸出子系統(tǒng)8自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成中央處理器CPU接口接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉(zhuǎn)換器D/AA/AA/PI軟信息軟輸入子系統(tǒng)9自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成中央處理器CPU接口接口接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉(zhuǎn)換器D/AA/AA/PIO軟信息軟信息軟輸出子系統(tǒng)10自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成CAT軟件包括程序和數(shù)據(jù)。（a）CAT程序CAT程序一般由主程序和各種子程序組成。子程序有：①數(shù)據(jù)采集輸入子程序；②數(shù)據(jù)處理、分析、判斷子程序；③測試結(jié)果輸出子程序；④容錯(cuò)子程序；⑤應(yīng)急情況報(bào)警、處置子程序；⑥自檢子程序。11自動(dòng)測試系統(tǒng)CAT的程序結(jié)構(gòu)示意圖

主程序①數(shù)據(jù)采集輸入②數(shù)據(jù)處理、分析、判斷③測試結(jié)果輸出④容錯(cuò)或錯(cuò)誤處理⑤應(yīng)急情況報(bào)警、處置⑥自檢12自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT系統(tǒng)典型組成（b）CAT的數(shù)據(jù)CAT系統(tǒng)中常用數(shù)據(jù)有：①測試數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)處理中間數(shù)據(jù)；③測試結(jié)果數(shù)據(jù)；④數(shù)據(jù)處理用原始數(shù)據(jù)。如自動(dòng)修正數(shù)據(jù)，系數(shù)對(duì)照表、各種常數(shù)等。各種數(shù)據(jù)均應(yīng)選用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。CAT常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有線性結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)程序有重要影響。數(shù)據(jù)量大、使用頻繁時(shí)，可建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。13自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型CAT有多種測試任務(wù)，基本的數(shù)學(xué)模型可歸納為三類：

X

CAT的基本模型

U

Y

14自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型第一類：式中X表示被測狀態(tài)矩陣；U表示激勵(lì)矩陣；Y表示響應(yīng)矩陣。根據(jù)激勵(lì)矩陣U和響應(yīng)矩陣Y確定被測狀態(tài)矩陣X?！饕糜诋a(chǎn)品檢驗(yàn)、參數(shù)檢測、系統(tǒng)識(shí)別。

15自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型第二類：式中U表示被測輸入矩陣；X表示測試系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣；Y表示被控輸出矩陣；根據(jù)輸出矩陣Y和測試系統(tǒng)狀態(tài)矩陣X確定被測輸入矩陣U。——主要用于數(shù)據(jù)采集、參數(shù)監(jiān)控、模式識(shí)別。

16自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型第三類：式中：Y表示被控輸出矩陣；U表示輸入矩陣；X表示系統(tǒng)狀態(tài)矩陣。根據(jù)輸入矩陣U和系統(tǒng)狀態(tài)矩陣X確定被控輸出矩陣Y?！饕糜跍y試過程控制、可編程激勵(lì)。

17自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型以上從CAT系統(tǒng)的總體角度上，歸納為三種數(shù)學(xué)模型，在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)上或局部，上述模型往往是交叉并存的。

18自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型

激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生裝置被測火控計(jì)算機(jī)FCC射擊諸元采集裝置計(jì)算機(jī)UXY從總體看，屬于第一類CAT，根據(jù)激勵(lì)矩陣U和響應(yīng)矩陣Y確定被測狀態(tài)矩陣X。——主要用于產(chǎn)品檢驗(yàn)、參數(shù)檢測、系統(tǒng)識(shí)別。19自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型

航路坐標(biāo)產(chǎn)生裝置被測火控計(jì)算機(jī)FCC射擊諸元采集裝置計(jì)算機(jī)UXY從航路坐標(biāo)產(chǎn)生裝置的局部看，屬于第三類CAT，根據(jù)輸入矩陣U和系統(tǒng)狀態(tài)矩陣X確定被控輸出矩陣Y?！饕糜跍y試過程控制、可編程激勵(lì)。20自動(dòng)測試系統(tǒng)3.2CAT基本模型

航路坐標(biāo)產(chǎn)生裝置被測火控計(jì)算機(jī)FCC射擊諸元采集裝置計(jì)算機(jī)UXY從射擊諸元采集裝置的局部看，屬于第二類CAT，根據(jù)輸出矩陣Y和測試系統(tǒng)狀態(tài)矩陣X確定被測輸入矩陣U。——主要用于數(shù)據(jù)采集、參數(shù)監(jiān)控、模式識(shí)別。21自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是決定CAT系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)的總體構(gòu)造，包括各組件關(guān)系、功能分配、信息通過方式、輸入輸出方式等。根據(jù)計(jì)算機(jī)在CAT中發(fā)揮的作用程度不同，CAT大致分為兩代：22自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（1）第一代CAT系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)只對(duì)激勵(lì)組件進(jìn)行開關(guān)控制，而不是對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行編程。計(jì)算機(jī)只對(duì)響應(yīng)組件送來的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析處理，而不對(duì)響應(yīng)組件的功能和參數(shù)進(jìn)行編程。多路開關(guān)響應(yīng)監(jiān)控激勵(lì)發(fā)生控制邏輯計(jì)算機(jī)被測組件23自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（2）第二代CAT系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可編程開關(guān)響應(yīng)監(jiān)控激勵(lì)發(fā)生計(jì)算機(jī)被測組件因計(jì)算機(jī)參與了檢測全過程，潛在資源得到充分發(fā)揮，顯著提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和通用性。24自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（2）第二代CAT系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可編程開關(guān)響應(yīng)監(jiān)控激勵(lì)發(fā)生計(jì)算機(jī)被測組件第二代CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)①激勵(lì)信息可編程，激勵(lì)信號(hào)由軟件、硬件綜合形成；

②響應(yīng)組件的功能和參數(shù)等可編程；③采用可編程多路開關(guān)；④軟件在線使用。25自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（3）CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向是： 分布式體系結(jié)構(gòu) 內(nèi)含式體系結(jié)構(gòu) 小型化體系結(jié)構(gòu)26自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（a）分布式體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)激勵(lì)發(fā)生No.N激勵(lì)發(fā)生No.1響應(yīng)監(jiān)控No.1響應(yīng)監(jiān)控No.N主開關(guān)接口No.1UUTNo.2UUT開關(guān)接口No.2開關(guān)接口No.1多測試口CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

擴(kuò)展開關(guān)27自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（a）分布式體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)多測試站CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)28自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（a）分布式體系結(jié)構(gòu)

多計(jì)算機(jī)CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（分級(jí)型）主計(jì)算機(jī)檢測控制接口通信接口從機(jī)11UUT檢測控制接口通信接口從機(jī)12UUT檢測控制接口通信接口從機(jī)1NUUT29自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（a）分布式體系結(jié)構(gòu)

多計(jì)算機(jī)CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)除了上述分級(jí)型，還有分散型和集成型。

分散型CAT系統(tǒng)包括幾個(gè)獨(dú)立的CAT系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以是單機(jī)的，也可以是多機(jī)的，各有一臺(tái)主機(jī)。各主機(jī)之間可互相通信，共享軟資源。在制造過程中，CAT系統(tǒng)與CAD，CAM，NC系統(tǒng)和設(shè)備，構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成型制造系統(tǒng)CIMS(Computer—AidedIntegratedManufactureSystem)。 30自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（b）內(nèi)含式CAT體系結(jié)構(gòu)內(nèi)含式CAT體系結(jié)構(gòu)是將CAT的部分組件包含在被測組件內(nèi)部。這主要用于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被測組件，如超大規(guī)模集成電路內(nèi)部邏輯復(fù)雜，只依靠外部引腳進(jìn)行激勵(lì)、響應(yīng)，難以進(jìn)行檢測。因此，在其內(nèi)部制有專用于檢測的邏輯，有時(shí)可占20％。31自動(dòng)測試系統(tǒng)3.4CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（c）小型化體系結(jié)構(gòu)小型化體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段的水平是手提式CAT系統(tǒng)。主要措施是廣泛應(yīng)用CMOS電路，減小電源重量和體積。進(jìn)一步微型化的目標(biāo)是插頭式CAT系統(tǒng)，將CAT系統(tǒng)全部裝入相當(dāng)于一個(gè)插頭的殼體中，將它插入被測組件的插座中，即可進(jìn)行檢測。32自動(dòng)測試系統(tǒng)3.5．CAT的發(fā)展

CAT的主要貢獻(xiàn)之一是賦予測試系統(tǒng)以柔性，使一種測試系統(tǒng)可用于不同的待測試件、測試量和測試環(huán)境，從而降低了可變費(fèi)用。這在多品種小批量情況下效果尤為顯著，但同時(shí)也帶來了一個(gè)問題，即性能缺乏針對(duì)性。某種測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)不可能在各種待測試件、待測試量和測試環(huán)境下均是最優(yōu)的。因此，CAT系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)柔性與性能針對(duì)性的矛盾。自適應(yīng)測試是解決這一矛盾的有效途徑。自適應(yīng)測試系統(tǒng)是一種能根據(jù)待測試件、待測試量或測試環(huán)境變化而自動(dòng)改變其結(jié)構(gòu)或參數(shù)，以獲得最優(yōu)測試性能的測試系統(tǒng)。因而，也是CAT的主要發(fā)展方向。33自動(dòng)測試系統(tǒng)3.5．CAT的發(fā)展（1）實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)測試必須解決以下三個(gè)問題： ①確立最優(yōu)測試性能的目標(biāo)。 ②建立自適應(yīng)測試模型，即根據(jù)目標(biāo)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)的算法。 ③實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法的機(jī)構(gòu)(稱為自適應(yīng)機(jī)構(gòu))由硬件及軟件組成。34自動(dòng)測試系統(tǒng)3.5．CAT的發(fā)展（2）在測試系統(tǒng)的三個(gè)主要環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)測試①自適應(yīng)采樣②自適應(yīng)數(shù)據(jù)處理③測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)根據(jù)采樣信號(hào)的不同改變采樣的時(shí)間、量程、周期等，使采樣信號(hào)的質(zhì)量最優(yōu)。根據(jù)待處理數(shù)據(jù)的特性（頻帶、分布參數(shù)等）決定數(shù)據(jù)處理的方法和參數(shù)（迭代目標(biāo)、模型階數(shù)等），使數(shù)據(jù)處理結(jié)果最優(yōu)。根據(jù)待測試件不同的靜動(dòng)態(tài)特性調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使測試系統(tǒng)（包括待測試件在內(nèi)）性能最優(yōu)。35自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（1）什么是微機(jī)自動(dòng)檢測

微機(jī)自動(dòng)檢測就是使用微機(jī)（包括微處理器、單片機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等）來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測儀器、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的技術(shù)。

36自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（2）微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)包括：

微機(jī)基本子系統(tǒng)（含CPU、RAM、ROM或EPROM、EEPROM等）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及接口數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)及接口數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)及接口基本I／O子系統(tǒng)及接口37自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（2）微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)接口通信子系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)接口基本I/O子系統(tǒng)接口微機(jī)基本子系統(tǒng)傳感器1傳感器2傳感器n其它儀器或系統(tǒng)控制被測控對(duì)象1被測控對(duì)象2被測控對(duì)象n顯示打印鍵盤輸入其它I/O38自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（3）微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)各子系統(tǒng)的基本功能

（a）微機(jī)基本子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用。例如進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理、控制決策、產(chǎn)生特殊的測試信號(hào)，控制整個(gè)檢測過程等。此外，利用微機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和高速運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)命令識(shí)別、邏輯判斷、非線性誤差修正，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的自校正、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自診斷、自組織等功能。39自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（3）微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)各子系統(tǒng)的基本功能

（b）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及接口，用于和傳感器、檢測元件、變送器聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)參數(shù)采集、選路控制、零點(diǎn)校正、量程自動(dòng)切換等功能。

40自動(dòng)測試系統(tǒng)3.6微機(jī)自動(dòng)檢測（3）微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)各子系統(tǒng)的基本功能

（c）基本I／O子系統(tǒng)及接口，用于實(shí)現(xiàn)人一機(jī)對(duì)話、輸入或改變系統(tǒng)參數(shù)、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)，輸出檢測結(jié)