現(xiàn)代測試系統(tǒng)

現(xiàn)代測試系統(tǒng)第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三習(xí)慣把具有自動化、智能化、可編程化等功能的測試系統(tǒng)稱為現(xiàn)代測試系統(tǒng)。1、智能儀器2、自動測試系統(tǒng)3、虛擬儀器第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三1、智能儀器

所謂智能儀器是用以形容新的一代測量儀器．這類儀器儀表中含有微處理器、單片計算機或體積很小的微型機，有時亦稱為內(nèi)含微處理器的儀器或基于微型機的儀器。這類儀器，因為功能豐富又很靈巧，國外書刊中常簡稱為智能儀器。

第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三智能儀器的特點（1）具有自動校準的功能；（2）具有強大的數(shù)據(jù)處理能力；（3）具有量程自動切換的功能；（4）具有操作面板和顯示器；（5）具有修正誤差的能力；（6）有簡單的報警功能。第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三自動校準功能一般儀器在使用前都要進行刻度校準。在使用中，隨著儀表溫度升高，元件的參數(shù)往往會發(fā)生變化，還有諸如電網(wǎng)干擾、噪聲等因素的影響，原來校準好的狀態(tài)會受到破壞，導(dǎo)致前后測量的數(shù)據(jù)不一致。智能儀器不僅可以自動校準．還可以在測量過程中定期校準。這樣測量的一致性條件校好，減小了誤差。第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

電壓輸入自動校正第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三智能儀器的一般結(jié)構(gòu)：一、在物理結(jié)構(gòu)上，微型計算機內(nèi)含于測量儀器。微處理器及其支持部件是整個測試電路的一個組成部分，但是，從計算機的觀點來看，測試電路與鍵盤、GPIB接口、顯示器等部件一樣，僅是計算機的一種外圍設(shè)備。二、軟件是智能儀器的靈魂。智能儀器的管理程序也稱監(jiān)控程序，分析、接受、執(zhí)行來自鍵盤或接口的命令，完成測試和數(shù)據(jù)處理等任務(wù)。軟件存于ROM或EPROM.第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三智能儀器的基本組成第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三智能儀器工作過程1、微處理器接收來自鍵盤或GPIB接口命令，解釋并執(zhí)行這些命令；2、微處理器通過接口發(fā)出各種控制信息給測試電路，以規(guī)定功能、啟動測量、改變工作方式等，3、當(dāng)測試電路完成一次測量后，微處理器讀取測量數(shù)據(jù)，進行必要的加工、計算、變換等處理，最后以各種方式輸出。第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三2、自動測試系統(tǒng)

一個自動測試系統(tǒng)，一般由四部分組成：第一是微機或微處理器，它是整個系統(tǒng)的核心；第二是被控制的測量儀器或設(shè)備，稱為可程控儀器；第三是接口；第四是軟件。自動測試系統(tǒng)基本構(gòu)成第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

(一)微機(或微處理器)

這是整個系統(tǒng)的核心。在軟件控制下，微機控制夠個自動測試系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，并對測量數(shù)據(jù)進行某種方式的處理，如計算、變換、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等；最后將測量結(jié)果通過打印機、顯示器、磁盤磁卡或電表、數(shù)碼顯示等方式輸出。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

(二)可程控儀器或設(shè)備在自動測試過程中，測量儀器或設(shè)備的工作，如測量功能、工作頻段、輸出電平、量程等的選擇和調(diào)節(jié)都是由微機所發(fā)控制指令的控制下完成的。這種能接受程序控制并據(jù)之改變內(nèi)部電路工作狀態(tài)，以及完成特定任務(wù)的測量儀器稱為儀器的可程序控制，簡稱可程控，或稱程控儀器。顯然程控儀器是組成自動測試系統(tǒng)的基本部分。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三(三)接口一個自動測試系統(tǒng)中，各儀器和設(shè)備之間的接口的總體稱為該自動測試系統(tǒng)的接口系統(tǒng)。顯然，接口系統(tǒng)是自動測試系統(tǒng)達到自動測試目的，使自動測試系統(tǒng)各儀器和設(shè)備之間進行有效通信的重要環(huán)節(jié)。60年代中期以前，接口是專用的和非標準化的，即是專門為某一自動測試系統(tǒng)而設(shè)計制造的，設(shè)計和制造不具有重復(fù)性。第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

接口的主要任務(wù)是在下列方面提供儀器與計算機連接需要的兼容。

機械兼容對接口的最簡單的要求是提供機械兼容，就是要有適當(dāng)?shù)倪B接器和它們之間的連線。

電磁兼容接口的第二種作用是使計算機和探器之間有適配的電器特性即在邏輯電平方面要相符合。

數(shù)據(jù)兼容一旦接口已使計算機和儀器實現(xiàn)了機械和電器兼?zhèn)渌鼈兙湍芡ㄟ^數(shù)據(jù)線交換電信號信息，但需要某種格式翻譯，有種種編程能力的計算機通常能執(zhí)行這種功能，考慮到速度，往往把這個任務(wù)交給接口完成。第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三自動測試技術(shù)源于70年代，發(fā)展至今．大致可分為三代，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)也有較大的不同。第一代自動測試系統(tǒng)第一代自動測試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng)，通常是針對某項具體任務(wù)而設(shè)計的。其結(jié)構(gòu)特點是采用比較簡單的定時器或掃描器作為控制器，其接口也是專用的。因此，第一代測試系統(tǒng)通用性比較差。自動測試系統(tǒng)發(fā)展歷程第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二代自動測試系統(tǒng)第二代自動測試系統(tǒng)典型方塊圖如圖所示。與第一代自動測試系統(tǒng)的主要不同在于：采用了標準化的通用可程控測量儀器接口總線(IEEE488)及可程序控制的儀器和測控計算機(控制器)，從而使得自動測試系統(tǒng)的設(shè)計、使用和組裝都比較容易。第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第三代自動測試系統(tǒng)第二代自動測試系統(tǒng)雖然比人工測試顯示出前所未有的優(yōu)越性，但是在這些系統(tǒng)中，電子計算機并沒有充分發(fā)揮作用，系統(tǒng)中仍是使用傳統(tǒng)的測試設(shè)備(只不過是配備了新的標準接口)，整個系統(tǒng)的工作過程基本上還是對傳統(tǒng)人工測試的模擬。于是出現(xiàn)了虛擬儀器。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三虛擬儀器（VirtualInstrument簡稱VI）是計算機技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命。虛擬儀器是繼第一代儀器——模擬式儀表、第二代儀器——分立元件式儀表、第三代儀器——數(shù)字式儀表、第四代儀器——智能化儀器之后的新一代儀器。虛擬儀器第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三1．虛擬儀器的內(nèi)部功能

測量儀器的內(nèi)部功能可劃分為：輸入信號的測量、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析處理及測量結(jié)果的顯示四個部分。虛擬儀器也不例外，但是實現(xiàn)上述功能的方式不同，下面按三個部分來敘述。（1）信號采集與控制功能

虛擬儀器是由計算機和儀器硬件組成的硬件平臺，實現(xiàn)對信號的采集、測量/轉(zhuǎn)換與控制的。硬件平臺由兩部分組成：1、計算機可以是筆記本計算機、PC機或工作站；2、儀器硬件：可以是插入式數(shù)據(jù)采集板（含信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I／O、定時器、D／A轉(zhuǎn)換器等），或者是帶標準總線接口的儀器，如GPIB儀器、VXI儀器、RS－232儀器等)。

第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

(2)數(shù)據(jù)分析處理功能

虛擬儀器充分利用了計算機的存儲、運算功能，并通過軟件實現(xiàn)對輸入信號數(shù)據(jù)的分析處理。處理內(nèi)容包括進行數(shù)字信號處理＼數(shù)字濾波統(tǒng)計處理、數(shù)值計算與分析等。虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器以及以微處理器為核心的智能儀器有更強大的數(shù)據(jù)分析處理功能。(3)測量結(jié)果的表達

虛擬儀器充分利用計算機資源如內(nèi)存、顯示器等，對測量結(jié)果數(shù)據(jù)的表達與輸出有多種方式，這也是傳統(tǒng)儀器遠不能及的。例如，虛擬儀器可以實現(xiàn)：通過總線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸；通過磁盤、光盤硬拷貝輸出；通過文件存于硬盤內(nèi)存中；計算機屏幕顯示。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三VI構(gòu)成要素

虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機、應(yīng)用軟件和儀器硬件三大要素構(gòu)成的。計算機與儀器硬件又稱為VI的通用儀器硬件平臺。第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù)。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等。這些軟件已相當(dāng)完善，而且還在升級、提高。以LabVIEW為例，這是基于圖形化編程語言G的開發(fā)環(huán)境，用于如GPIB、VXI、PXI、PCI儀器及數(shù)據(jù)采集卡等硬件的系統(tǒng)構(gòu)成，而且，具有很強的分析處理能力。第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

VI系統(tǒng)有多種構(gòu)成方式：

PC—DAQ測量系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

GPIB系統(tǒng)：是以GPIB標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

VXI系統(tǒng)：是以VXI標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

串口系統(tǒng)：是以Seial標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)：是以Fieldbus標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

VI構(gòu)成方式第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三被測信號GPIB儀器串口儀器VXI模塊PXI模塊PC-DAQ計算機I/O接口設(shè)備虛擬儀器的構(gòu)成方式第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與各類計算機相結(jié)合，其中PC-DAQ測試系統(tǒng)是構(gòu)成VI的基本方式。因為，實際上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS是構(gòu)成各種標準總線儀器的基礎(chǔ)，故虛擬儀器是基于“信息的數(shù)據(jù)采集(ADC)-信號的分析與處理(DSP)-輸出(DAC)及顯示”的結(jié)構(gòu)模式建立通用儀器硬件平臺。在這個通用儀器硬件平臺上，調(diào)用不同的測量軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三1、編程設(shè)計圖形化軟件模塊提供圖形化編程環(huán)境，通過調(diào)用控件、庫函數(shù)原碼模塊進行儀器面板設(shè)計和數(shù)據(jù)分析處理。2、儀器驅(qū)動程序（InstrumentDrivers)與用戶接口開發(fā)工具（UserInterfaceDevelopment)標準軟件模塊。LabView軟件組成第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三虛似儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)和維護費用低開發(fā)和維護費用高技術(shù)是更新周期短（0.5~1年）技術(shù)更新周期長（5~10年）軟件是關(guān)鍵硬件是關(guān)鍵價格低價格昂貴開放靈活與計算機同步，可重復(fù)用和重配置固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器只可連有限的設(shè)備自動、智能化、遠距離傳輸功能單一，操作不便第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三虛擬儀器的分類:從技術(shù)發(fā)展的角度來看，虛擬儀器走的是兩條技術(shù)路線：一條是向高速、高精度、大型自動測試設(shè)備（ATE）方向發(fā)展，即GPIB（1975）→VXI（1987）→PXI（1997）的發(fā)展路線；另一條是向高性能、低成本、普及型系統(tǒng)方向發(fā)展，即PC插卡（1987）→并口式（1995）→串口USB（1999）的技術(shù)路線。第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

虛擬儀器的發(fā)展隨著微機的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：第一類：PC總線——插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)合。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內(nèi)無屏蔽等缺點。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二類：并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計算機上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實驗室應(yīng)用。第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第三類：GBIB總線方式的虛擬儀器GPIB總線(GeneralPurposeInterfaceBus),即IEEE488通用接口總線,是HP公司在70年代推出的臺式儀器接口總線,因此又叫HPIB(HPInterfaceBus)。該標準總線在儀器、儀表及測控領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用。這種系統(tǒng)是在微機中插入一塊GPIB接口卡,通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。當(dāng)微機的總線變化時,例如采用ISA或PCI等不同總線,接口卡也隨之變更,其余部分可保持不變,從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機總線的快速變化。由于GPIB系統(tǒng)在PC出現(xiàn)的初期問世,所以有一定的局限性。如其數(shù)據(jù)線只有8根,用位并行、字節(jié)串行的方式傳輸數(shù)據(jù),傳輸速度最高1ＭＢy/ｓ,傳輸距離20ｍ(加驅(qū)動器能達500ｍ)。第三類GPIB總線方式虛擬儀器第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第四類：VXI總線方式虛擬儀器VXI總線(VMEbusextensionforinstrumentation)。該總線是VME計算機總線在儀器領(lǐng)域中的擴展,其中VME總線是一種工業(yè)微機的總線標準,主要用于微機和數(shù)字系統(tǒng)領(lǐng)域。優(yōu)點：ＶＸＩ系統(tǒng)具有小型便攜、高速數(shù)據(jù)傳輸、模塊式結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組建靈活等特點。1998年修訂的ＶＸＩ20版本規(guī)范提供了64位擴展能力,使數(shù)據(jù)傳輸率最高進一步提高到80ＭＢy/ｓ。缺點：組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三有三種方法實現(xiàn)計算機至VXI總線儀器的通信：（1）通過IEEE488的VXI總線通信（2）通過MXI總線的VXI總線通信（3）通過裝入控制器內(nèi)的VXI總線通信第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第五類：PXI總線方式虛擬儀器PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）充分利用了當(dāng)前最普及的臺式計算機高速標準結(jié)構(gòu)——PCI。PXI是一個模塊化的平臺。系統(tǒng)的物理主機是一個擁有2至31個槽位的機箱，有的機箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤。機箱的第一槽（Slot1）是控制器槽。目前可以使用的控制器有很多，最常見的兩種是嵌入式控制器和MXI-3總線橋。嵌入式控制器是專為PXI機箱空間設(shè)計的常規(guī)計算機。MXI-3則是一種通過臺式計算機控制PXI機箱的擴展器，機箱中的其它槽位被稱為外部設(shè)備槽，用于插置功能模塊，就像計算機里的PCI槽（2～3）一樣。第三十七頁，共四十一頁，編輯于