智能儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

第9章智能儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)9.1概述9.2智能儀器9.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)本章小結(jié)9.1概述由于近年來(lái)微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，使得電子測(cè)量?jī)x器與微機(jī)結(jié)合，形成了微計(jì)算機(jī)化的測(cè)量?jī)x器。70年代中期產(chǎn)生了以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的智能儀器。它具有鍵盤(pán)操作和通信接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量等特點(diǎn)，如智能化DVM、智能化DMM、智能RLC測(cè)量?jī)x、智能電子計(jì)數(shù)器、智能邏輯分析儀、數(shù)字存儲(chǔ)示波器等。70年代末期，GPIB接口總線將一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一組智能儀器聯(lián)合在一起，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。80年代初期，又出現(xiàn)了以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，用儀器功能板卡擴(kuò)展箱與個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線相連的個(gè)人儀器。個(gè)人儀器充分地利用了計(jì)算機(jī)的軟件和硬件資源，極大地降低了系統(tǒng)成本。近年來(lái)，又出現(xiàn)了虛擬儀器，它是由通用計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和必要的儀器硬件模塊組成，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量操作和結(jié)果顯示，使用戶感覺(jué)就像操作一臺(tái)或多臺(tái)自己專門(mén)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)電子儀器一樣。這些技術(shù)的采用，極大地改變了電子儀器和測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，使之朝著智能化、自動(dòng)化、小型化、模塊化和開(kāi)放式系統(tǒng)的方向發(fā)展。9.2智能儀器1．智能儀器的特點(diǎn)（1）使用方便。智能儀器用鍵盤(pán)操作代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的各種旋鈕或開(kāi)關(guān)，儀器面板的布置與儀器功能部件的安排可以完全獨(dú)立進(jìn)行，既提高了儀器的技術(shù)性能又方便了儀器的操作使用。（2）測(cè)量準(zhǔn)確度高。微處理器的運(yùn)用極大地提高了儀器的運(yùn)算性能。例如利用微處理器的算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷功能按照一定的算法可以方便地消除由于零點(diǎn)漂移、增益的變化和干擾等因素所引起的誤差，從而提高了儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度。（3）自動(dòng)化程度高。智能儀器運(yùn)用微處理器的程序控制功能，可實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)調(diào)零、電平自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)校準(zhǔn)及自動(dòng)診斷故障等功能。（4）強(qiáng)大的測(cè)量功能。智儀器運(yùn)用微處理器的數(shù)據(jù)處理能力，可將幾個(gè)基本參數(shù)的測(cè)量結(jié)果綜合起來(lái)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理間接獲得所需其他參數(shù)。（5）具有人機(jī)對(duì)話能力。智能儀器具有較好的人-機(jī)對(duì)話能力和編程操作功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、顯示及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等操作。（6）具有遠(yuǎn)程操作功能。智儀器一般都配有GPIB或RS-232等接口，具有遠(yuǎn)程操作功能，可與計(jì)算機(jī)和其他儀器一起組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。2.智能儀器的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代智儀器實(shí)際上是專用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括主機(jī)、模擬量輸入/輸出通道、校準(zhǔn)通信接口等，基本結(jié)構(gòu)如圖。軟件部分主要包括監(jiān)控程序、運(yùn)算處理程序和接口管理程序幾部分。微機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出接口鍵盤(pán)及顯示接口通信接口9.2.2智能化數(shù)字萬(wàn)用表的使用 Escort-3146A型位雙顯示臺(tái)式萬(wàn)用表具有120,000的滿刻度讀數(shù)，適用于實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線、維修現(xiàn)場(chǎng)與搭配系統(tǒng)等，是一款高功能價(jià)格比的數(shù)字電表。1.主要功能雙顯示的真空熒光管顯示屏可同時(shí)顯示輸入信號(hào)的兩種不同參數(shù)，例如直流電壓與交流電壓。透過(guò)RS-232(標(biāo)準(zhǔn)配件)或IEEE-488(可選配件)執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。不同的量測(cè)速度具有不同的滿刻度讀數(shù)：慢速120,000計(jì)數(shù)～2次/秒；中速40,000計(jì)數(shù)～5次/秒；快速4,000計(jì)數(shù)～20次/秒。直流電壓量測(cè)量程可至±1000VDC，最佳分辨率可至1μV的量測(cè)靈敏度。真有效值交流電壓量測(cè)量程可至750Vrms可量測(cè)交流電壓頻率量程：機(jī)型-A為20Hz～100kHz機(jī)型-B為40Hz～30kHz(VAC+VDC)及(AAC+ADC)真有效值的運(yùn)算功能?？蛇x擇二線式或四線式電阻量測(cè)，量測(cè)量程在不同量測(cè)速度分別為：慢速(Slow)：最高量測(cè)量程可至120MΩ，最佳分辨率可至1MΩ中、快速(Medium/Fast)：最高量測(cè)量程可300MΩ，最佳分辨率可至10MΩ。交直流電流量測(cè)量程12mA～12A，最佳分辨率可至0.1微安培(μA)。頻率量測(cè)量程可至1兆赫(MHz)，最佳分辨率可至0.01Hz。dBm

測(cè)量功能可選擇2Ω～8000Ω的阻抗值并且具音頻功率dBw

測(cè)量能力。(REL)歸零功能可于量測(cè)前消除殘留的讀值。(Hi/Lo/Pass)比較功能可判別量測(cè)值與設(shè)定值的比較結(jié)果，如容許(Pass)、過(guò)高(Hi)或過(guò)低(Lo)。動(dòng)態(tài)記錄模式可記錄下最大值、最小值。CAL功能可執(zhí)行快速免開(kāi)機(jī)殼校正。2.功能面板3.操作（1）開(kāi)機(jī) 開(kāi)機(jī)時(shí)請(qǐng)按前面板右下方綠色按鈕Power使其成為“ON”狀態(tài)標(biāo)示的位置，此時(shí)顯示屏?xí)３秩良s2秒左右直到完成自我測(cè)試程序。若在開(kāi)機(jī)程序中按下Hold鍵則顯示屏?xí)恢北３秩林钡皆侔匆淮螘r(shí)開(kāi)機(jī)程序才會(huì)繼續(xù)。（2）選擇電流輸入端子與測(cè)量量程 若電流測(cè)量設(shè)定為自動(dòng)量程模式，1200mA的端子可于標(biāo)示量程內(nèi)自動(dòng)換檔。 若輸信號(hào)輸入至12A電流端子，電表將無(wú)法自動(dòng)換檔至12A檔，使用者必須以手動(dòng)操作換檔。（3）使用按鍵（4）電壓、電阻或頻率測(cè)量

（5）電流或頻率測(cè)量（6）二極管及導(dǎo)通性測(cè)試

9.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)9.3.1自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展概況第一階段，總裝階段。將幾種不同的輸入和輸出電路的幾種可程控儀器總裝在一起形成一個(gè)組裝系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)復(fù)雜，適應(yīng)性不強(qiáng)，研制費(fèi)用較高。第二階段，接口標(biāo)準(zhǔn)化階段。這種系統(tǒng)組建方便，由專門(mén)的通用接口電路更改、增加測(cè)試內(nèi)容很靈活，顯示了很大的優(yōu)越性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。第三階段，PC儀器（Personalcomputer-basedinstrument）階段。在此出現(xiàn)了所謂的“虛似儀器”（VirtualInstrument），給測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)了革命性的沖擊，對(duì)測(cè)試?yán)碚?、測(cè)試方法等很多方面都產(chǎn)生了重大影響。9.3.2虛擬儀器1.虛擬儀器概述 虛擬儀器（Virtualinstrumention）是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量?jī)x器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。簡(jiǎn)單地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器內(nèi)部，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。

2.虛擬儀器的主要特點(diǎn)①盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。②可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。③用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)