第10章现代电子测量技术.ppt

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1、第十章 现代电子测量技术,本章要点:,自动测试系统的基本组成和发展概况,智能仪器和虚拟仪器,总线接口、测试软件,自动测试系统的集成,自动测试系统（ATS-Automatic Test System）：能自动进行测量、数据处理、传输，并以适当方式显示或输出测试结果的系统,计算机辅助测试（CAT-Computer Aided Test）系统,10.1 自动测试系统（计算机控制仪器）,10.1.1 自动测试系统（CAT平台）的基本组成,通常，自动测试系统由下面五个部分组成：,控制计算机,测试软件,总线与接口,测控仪器,测控对象,10.1.2 自动测试系统的发展概况,自动测试技术源于二十世纪70年代，

2、发展至今大致可分为三代。,1.第一代自动测试系统-专用型,第一代自动测试系统多为专用系统，通常是针对某项具体任务而设计的。,2.第二代自动测试系统-台式仪器积木型,第二代自动测试系统典型结构如图10.3所示。与第一代自动测试系统的主要不同在于：采用了标准化的通用可程控测量仪器接口总线（IEEE488）及可程序控制的仪器和测控计算机（控制器），从而使得自动测试系统的设计、使用和组装都比较容易。,3.第三代自动测试系统-模块化仪器集成型,在第三代自动测试系统中，硬件部分大多是通用的，配备不同的软件可以产生不同的激励信号和测试功能。第三代自动测试系统目前尽管还处于发展阶段。,综上所述,第二代自动测试

3、系统中带标准接口的程控仪器是其核心，后发展为既可以独立使用又可以组建自动测试系统的智能仪器。,第三代自动测试系统中，计算机和测试工作站是第三代自动测试系统的核心，后发展为以虚拟仪器模式组建的自动测试系统或称CAT平台。,下面先分别介绍智能仪器和虚拟仪器，然后介绍总线接口、信道和测试软件，最后通过几个例子介绍自动测试系统的集成。,10.2 智能仪器（计算机进入仪器）,通常人们把内含微处理器和GPIB接口的仪器称为智能仪器，以区别于传统的电子测量仪器。这种仪器具备通用的测试功能，可以单独使用，也可以通过GPIB接口，作为可程控仪器组建自动测试系统。本教材前面章节中介绍的DDS合成信号源、智能频率计

4、和数字电压表等都属于智能仪器。,10.3 虚拟仪器（仪器融入计算机）,10.3.1 虚拟仪器的基本概念和特点,虚拟仪器通俗的定义：就是在通用计算机上加上一组软件和少量硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。这种看似计算机却是仪器的“仪器”被称为“虚拟仪器”。,在虚拟仪器系统中，硬件较简单的通用平台，是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。,虚拟仪器受益和依赖于计算机技术。面板及相应的控件和指示器等，是由计算机内部强大的图形环境和在线

5、帮助功能建立起来的虚拟面板所替代，人们称之为“软面板”；可共享计算机内部的软、硬件资源，并借助其完善的数据分析和处理能力，实现测试仪器所需的全部测试功能。,1.虚拟仪器的一般结构,2 虚拟仪器与传统仪器的比较,表10.1 虚拟仪器与传统仪器的比较,使虚拟仪器不仅是图10.8这种一般结构形式。归纳起来当前虚拟仪器的构成方式主要有七种类型，如图所示。,10.4 接口总线及信道,1.PC机系统并行I/O接口总线,PC机内的主板上通常都提供有好几个插槽，这就是PC机的系统总线接口。这种总线种类和性能如表10.3所示。,表10.3 几种总线性能,2.PC机的串行接口总线,表10.4 四种串行接口总线的性

6、能,3.标准仪器总线,目前专门为仪器与自动测试系统设计的标准总线主要有5种，如表10.5所示。,标准仪器总线的发展历程,4.现场总线,表10.6 几种比较有影响的现场总线性能对照表,5.信道,测控系统的服务范围也越来越大，局限于一个实验室内的测试系统已不能满足实用要求，这就要求将各种通信技术应用到测控领域来。通常用于测控数据传递的信道：,10.4.2 GPIB接口总线,GPIB（General Purpose Interface Bus）通用标准接口总线。,1972年由美国HP公司首先提出的，定名为HPIB。之后这套总线相继为IEEE和IEC认可，并正式颁布了IEEE488和IEC625标准文

7、本。我国也制定了相应的国家标准,总线由24芯无源电缆组成，其中16条为信号线，其余为屏蔽线和地线。16条信号线中有8条数据总线，3条挂钩总线和5条管理总线。总线上最多可挂15台仪器,系统各器件采用总线方式连接，总线连接器包括插头和插座,10.4.3 VXI总线,VXI总线系统结构允许不同生产厂家的各种仪器、接口插板或计算机，以模块形式共存于同一VXI总线主机箱中。,有ABCD四种尺寸模块，C尺寸模块应用最广。,对VXI总线系统的控制可以通过主机箱外的外部控制器（微型计算机），也可以通过嵌入主机箱内的内部控制器。,内嵌式控制器及用于连接外部计算机的翻译器和接口都是放置在VXI主机箱的零号槽位置。

8、因此，也常称为零槽模块或零槽控制器。,VXI VMEbus extensions for Instrumentation VME（计算机通用背板总线）总线在仪器领域的扩展,10.4.4 LXI总线,图10.22 LXI与现有仪器组成混合系统,LAN（Local Area Network）是局域网的英文缩写。LAN是建立在以太网(Ethernet)通信协议标准上，故有时也称以太网。,LXI(LAN extensions for instrumentation)是指LAN局域网在仪器领域的扩展。,GPIB、VXI等总线技术在测量仪器领域推行多年，但应用面不广，除了仪器界少数专业技术人员掌握使用外，

9、没有LAN那样广泛。,产生的过程2004年9月美国安捷伦科技公司和VXI科技公司联合推出LXI总线2005年6月成立了LXI联盟。2005年8月正式发布了LXI总线标准1.0版，标志着LXI正式诞生。2006年8月又推出了LXI标准1.1版本2006年9月中国成立了LXI总线联合体,推出超过300种支持LXI的仪器产品,10.5 测试软件,在以计算机为核心的自动测试设备（ATE）中，硬件是基础，软件是灵魂。,常用软件工具：,BASIC,VB,VC,LabVIEW（美国NI公司产品，图形化编程方式）,HP VEE（美国HP公司产品，图形化编程方式）,LabwindowsCVI（美国NI公司产品，

10、C语言及交互式编程）,10.6 自动测试系统的集成,10.6.1 自动测试系统集成的步骤,以VXI总线系统的集成为例：,1.需要确定测试任务，根据要求确定自动测试系统的总体结构 框架和测试思路；,2.根据总体设计思路和设计要求，选择主机箱，明确电源功率 和冷却的要求；,3.根据测试系统的应用要求选择主控计算机和主控计算机的控 制方式。,4.进行VXI总线仪器模块的选择，根据总体设计方案选择测试 所需的功能模块；,5.进行开关及测试接口的选择和设计，以及专用接口的设计等；,6.选择合适的系统软件和工具软件，以提高应用程序编写的效率；,7.编制测试应用软件完成所需的测试任务。,10.6.2 自动测试系统集成例1 导弹综合测试系统,10.6.3 自动测试系统集成例2 无人值守机房自动监测系统,10.6.4 自动测试系统集成例3-网络自动气象站,图10.28 网络气象站界面,