測試技術與信號處理(中國礦大)第六章計算機測試系統(tǒng)

第六章計算機測試技術第一節(jié)概述

一、計算機測試儀器的發(fā)展歷史

1、計算機輔助測試

在微機擴展槽中插入ADC卡，或用集成有ADC的通用單片機，自編或調用采集、分析處理軟件。

2、PC機為主的數據采集及分析系統(tǒng)3、GPIB接口的自動測試系統(tǒng)以個人計算機為主，由一些高性能ADC、DAC插卡、專用預處理模塊和專用測試分析軟件組成的各種數據采集儀和分析儀。

以微機為核心，基于GPIB總線與多臺專用測試儀互聯的自動測試系統(tǒng)4、個人儀器與虛擬儀器

以微型計算機為核心，輔以一定的硬件設備，用通用或專用軟件開發(fā)實現儀器功能軟件的新一代測試儀器。二、計算機化測試儀器的主要特點

1、能對信號進行復雜的分析處理

如基于FFT的時域和頻域分析，振動模態(tài)分析等。2、高精度、高分辨率和高速實時分析處理

可用軟件對非線性誤差進行修正；更高位數的模數轉換，足夠字長位數的數值運算，可使測試分析結果達到極高的幅值精度、頻率精度和分辯率；獲得大多數時、頻域分析結果。3、能以多種形式輸出信息

4、多功能

各類圖形及圖表能直觀顯示分析結果，磁盤存貯便于建立檔案，數字通信可實現遠程監(jiān)控和遠程測試。使用者可任意擴充分析處理功能，實現一臺儀器作多種測試分析，儀器適應性強。5、自測試和故障監(jiān)控儀器的自測試程序可對儀器自檢并修復一些故障。三、計算機測試儀器的基本組成與傳統(tǒng)測試系統(tǒng)相比之下，計算機輔助測試系增加了微機部份。典型的計算機輔助測試系統(tǒng)如圖。1、微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)是整個測試系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用。另外，利用其強大的信息處理能力和運算能力，實現信號的分析處理、邏輯判斷、系統(tǒng)的自校正、自診斷等功能。2、數據采集子系統(tǒng)實現選路控制、信號的采集、轉換等功能。將傳感器輸入的信號進行采集、轉換、整理后，傳送給微機系統(tǒng)。3、通信子系統(tǒng)實現本測試系統(tǒng)與其它系統(tǒng)、儀器儀表的通信。由通信子系統(tǒng)可根據實際情況靈活構造不同規(guī)模、不同用途的微機化測試系統(tǒng)。通信接口的結構及設計方法，與采用的總線規(guī)范和總線技術有關。4、輸出控制子系統(tǒng)實現對被測對象、被測組件、控制對象、測試操作過程等的自動控制。5、基本I/O子系統(tǒng)實現人—機對話。輸入修改系統(tǒng)參數、設置系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸出測試結果、顯示測試過程、記錄測試數據等。第二節(jié)輸入和輸出通道一、信號輸入通道計算機的模擬信號輸入通道，主要有多路模擬開關（記為MUX），采樣保持電路（記為S/H），A/D轉換器及其與微處理機的接口電路組成。1、多路模擬開關多路模擬開關是可程控的多路“通/斷”的電子開關。目前常用是由八路以上的輸入通道，一路公共輸出，計算機通過地址線和一個片選端進行通道選擇。主要技術指標：導通電阻、導通時間、關斷時間。

2、采樣保持（S/H）電路

在A/D轉化期間，應保持A/D轉換器的輸入信號值不變，以免A/D轉換的輸出發(fā)生錯誤。這種保持A/D轉換期間輸入信號不變的電路，稱為采樣保持電路。

采樣狀態(tài)：電路的輸出始終跟隨輸入模擬信號；保持狀態(tài)：電路的輸出保持著前一次采樣結束前瞬時的輸入模擬量。圖8-3S/H電路基本原理二、A/D通道的結構形式1、每通道具有獨立的S/H電路和A/D轉換器2、多通道分時共享S/H電路和A/D轉換器

3、多通道共享A/D轉換器4、主機算機管理的各通道獨立變換和預處理三、D/A通道的結構形式1、每個通道有獨自的D/A轉換器

2、多路通道共享D/A轉換器第三節(jié)總線和接口技術

一、概述1、總線的分類

按微機系統(tǒng)結構的層次分：芯片總線最低一級的總線，用來實現芯片之間的連接，也常稱之為元件級總線。內總線比芯片總線高一層次，用來連接各種插件板，以組成完整的微機化儀器或系統(tǒng)，常稱它為板級總線。外總線比內總線高一層次，用以實現儀器或系統(tǒng)之間的通信，以組成一種較大的系統(tǒng)，因此又稱為通信總線。

按信息位傳送方式分：并行總線同時并行地傳遞信息的所有位，速度快，但用線多，成本高，不宜遠距離通信；串行總線把全部信息放在一條或兩條導線上，一位接一位地分時串行傳遞，其速度慢，但用線少，成本低，適合遠距離通信。2、總線規(guī)范機械結構規(guī)范總線中所規(guī)定的各機械結構參數。電氣規(guī)范總線中所規(guī)定的各電氣參數。

功能結構規(guī)范。規(guī)定總線上每條信號的名稱和功能、相互作用的協議等。

3、總線的性能指標

總線寬度：數據總線的寬度，以位數(bit)為單位。尋址能力：地址總線的位數及所能直接尋址的存儲器空間的大小?？偩€頻率：總線周期的倒數傳輸率：每秒傳送字節(jié)數總線的通信協議

4、總線的數據傳輸過程總線完成一次數據傳輸的時間稱為一個傳輸周期，一般可分成4個階段：申請分配階段當系統(tǒng)總線上有多個主控模塊時，要使用總線的主模塊需提出申請，由總線分配仲裁功能確定把下一個傳輸周期的總線使用權授權給申請者。對于只有一個主控模塊的簡單系統(tǒng)，就無須這一階段。尋址階段

取得總線使用權的主模塊通過總線發(fā)出本次打算訪問的從屬模塊或設備編號的地址及有關命令，以啟動參與本次傳輸的從屬模塊，建立數據傳輸通路。傳輸數據階段

主模塊與從模塊或設備間進行數據交換，數據由源模塊發(fā)出經數據總線流人目的模塊。結束階段

主、從模塊的有關信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線，以便其他模塊使用總線。

5、總線的數據傳輸方式

同步式傳輸

主、從模塊間的傳輸周期是固定的。其中每一步驟的起始時刻，主、從模塊雙方都要嚴格定的時間完成相應的動作。通常用系統(tǒng)時鐘作為各模塊動作的時間標準。微型計算機的CPU與存儲器之間的數據傳輸就是典型的同步傳輸方式。異步式傳輸為了實現不同速度模塊的配合，采取異步式傳輸，即主模塊與從屬模塊之間通過“請求(REQ)和應答(ACK)信號線來協調傳輸過程而不依賴于系統(tǒng)時鐘信號，從而增加了模塊選擇的靈活性。二、RS-232標準串行接口總線RS-232C接口總線（RS-RecommededStandard）是美國電子工業(yè)協會EIA（ElectronicsIndustriesAssociation）1969年公布的用二進制數據串行傳送的一種標準接口。1、RS232C接口標準接口的聯接器件

25條信號線，采用DB-25型25芯標準連接器。信號電平和邏輯

定義用±12Ｖ標稱脈沖電平實現信息傳送，采用負邏輯。-5V～-15V為邏輯“1”+5V～+15V為邏輯“０”。

-３Ｖ～+３Ｖ為過渡區(qū)，接口傳送出錯。串行通信字符格式

使用起始位和停止位作為異步傳送方式的起止標志。每個字符必須由起始位開始，用停止位結束，稱為一幀。數據傳送速率

用波特率來描述數據傳送的速率。其定義為每秒時間內傳送串行字符的總位數，如每秒鐘傳送30個字符，每個字符由10位組成，則數據傳送速率為300位／s,而波特率或位速率為３００。RS232C接口標準規(guī)定，波特率在50～19.2K之間共分11個等級，由用戶按數據通信設備的快慢選用。2、RS232C的通信方式最小系統(tǒng)通信方式

三、儀器常用總線USB總線

USB(UniversalSerialBus)通用串行總線。其接口連接簡單，可在不斷電情況下進行連接，具有“即插即用”的功能。GPIB標準接口總線

GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)通用接口總線。命令級兼容的外總線，主要用來連接各種儀器，組建由微機控制的中小規(guī)模的自動測試系統(tǒng)。各種儀器只要配備了這種接口，就可以像搭積木一樣，按要求靈活組建自動測量系統(tǒng)。VXI總線

VXI(VMEbusextensionsforinstrumentation)總線結構標準。它將測量儀器、主機架、固定裝置、計算機及軟件集為一體，是一種電子插入式工作平臺。VXI是VME在儀器領域的擴展，用這樣的總線結構來構成高吞吐量的儀器系統(tǒng)是非常理想的。PXI總線PXI(PCIExtensionforInstrumentation)是由美國NI公司于1997年推出的測控儀器總線標準，它是以PCI計算機局部總線為基礎的模塊儀器結構。PXI是一種專為工業(yè)數據采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性。第四節(jié)微機化測試儀器

一、基于單片機的測試儀器

單片機：把一臺微機的主要部件如CPU、ROM、EPROM、RAM、I/O接口、定時計數器和中斷系統(tǒng)等，全部集中在一個芯片上，一些高性能的單片機甚至包括有A/D和D/A轉換器、硬件乘除功能部件、通用串行接口、DMA控制器、CRT控制器、EPROM和譯碼驅動器等。二、虛擬儀器虛擬儀器（VirtualInstruments）以微型計算機為核心，輔以一定的硬件設備，用通用或專用軟件開發(fā)實現儀器功能軟件的新一代測試儀器虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較1、虛擬儀器硬件結構