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1、第七章 自动测试仪器接口系统,智能仪器仪器仪表中含有微处理器、单片计算机或体积很小的微型机，有时亦称为内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。,2019/6/9,1,2019/6/9,2,现代测试系统主要有三大类： 智能仪器、自动测试系统和虚拟仪器,智能仪器和自动测试系统的区别在于它们所用的微机是否与仪器测量部分融合在一起，也即是采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的系统(智能仪器)，还是用现成的PC配以一定的硬件及仪器测量部分组合而成的系统(自动测试系统)。 而虚拟仪器与前二者的最大区别在于它将测试仪器软件化成模块化，这些软件化和模块化的仪器具有特定的功能(如滤波器、频谱仪)与计算机结
2、合构成了虚拟仪器。,2019/6/9,3,智能仪器的基本组成,2019/6/9,4,1、微处理器接收来自键盘或GPIB接口命令，解释并执行这些命令； 2、微处理器通过接口发出各种控制信息给测试电路，以规定功能、启动测量、改变工作方式等， 3、当测试电路完成一次测量后，微处理器读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方式输出。,软件是智能仪器的灵魂。智能仪器的管理程序也称监控程序，分析、接受、执行来自键盘或接口的命令，完成测试和数据处理等任务。软件存于ROM或EPROM.,智能仪器工作过程,自动测试系统： 使用具有一定自动化能力的测试系统进行的测量和实验，称为自动测试 （Aut
3、omatic measurement and test）； 通常把在人最少参与的情况下，利用计算机执行程序，控制测试过程并进行数据处理直至以适当方式给出测试结果的测试系统称为自动测试系统（Automated Test System ATS）或自动测试设备（Automated Test Equipment ATE）。,2019/6/9,5,2019/6/9,6,2019/6/9,7,一般意义的自动测试系统是对那些能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出测试结果的一类系统的统称。通常这类系统是在标准的测控系统总线或仪器总线（CAMAC、GPIB、VXI、PXI等）的基础上组建而成的，并且具有高速
4、度、高精度、多功能、多参数和宽测量范围等众多特点。 工程上的自动测试系统（为ATS）往往针对一定的应用领域和被测对象，并且常以应用对象命名，如飞机自动测试系统，发动机自动测试系统，雷达自动测试系统，印制电路板自动测试系统等，也可以按照应用场合来划分，例如可分为生产过程用自动测试系统，场站维护用自动测试系统等。,2019/6/9,8,2019/6/9,9,2019/6/9,10,2019/6/9,11,二、自动测试系统的发展,自动测试技术创始于50年代，从50年代至今大致分为以下三代。 1、第一代自动测试系统 采用了计算机技术，主要用来进行逻辑定时控制。 主要功能：进行数据自动采集和自动分析，完
5、成大量重复的测试工作，承担繁重的数据运算和分析任务。 系统中的仪器采用专用接口，通用性差。复杂的被控对象的所有功能、性能测试若采用专用型ATS，则自动测试系统 数目巨大，费用高昂，一旦被控对象退役，则相应自动测试系统 报废。,2019/6/9,12,2019/6/9,13,2、第二代自动测试系统 采用标准化的通用接口(如IEEE 488)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。 优点：测量速度快、高精度和高分辨力、多功能和多种参数的测量、频带宽、量程宽、自校正、自诊断以及多种显示与输出方式等。,2019/6/9,14,2019/6/9,15,
6、3、第三代自动测试系统 设计目标：充分发挥计算机的能力，使整个ATS简化到仅由计算机、通用硬件和应用软件三部分组成 主要由模块化的仪器/设备所组成。VXI总线（VMEbus eXtensions for Instrumentation）是VME计算机总线向仪器/测试领域的扩展，具有高达40Mbytes/s的数据传输速率。PXI总线是PCI总线（其中的Compact PCI总线）向仪器/测量领域的扩展，其中数据传输速率为132264Mbytes/s。以这两种总线为基础，可组建高速、大数据吞吐量的自动测试系统。,二、自动测试系统的发展,2019/6/9,16,2019/6/9,17,第三代自动测试
7、系统的基本组成,2019/6/9,18,2019/6/9,19,2019/6/9,20,2019/6/9,21,互联的设备与设备（或系统与系统）之间的用于信息交接的一部分界面，称之为接口。 为了在开放式互联设备之间实行数字式信息交换所必须的一整套与设备有关的接口的机械、电气和功能要素，称为数字接口系统。,2019/6/9,22,标准数字接口总线系统,在测试领域得以广泛流行的有GPIB，RS232C，CAMAC（Computer Automat Measurement And Control），VXIbus等 现代自动测试系统分类如下: 基于GPIB数字接口总线(也含RS232、等): 积木式自
8、动测试系统。 基于VXI、CAMAC、PXI数字接口总线： 模块式自动测试系统。 基于嵌入式p内总线：智能化仪器系统。 基于多数字接口总线： 多总线融合式自动测试系统,2019/6/9,23,2019/6/9,24,GPIB接口,1965年, Hewlett-Packard设计了惠普接口总线(HP-IB, 用于连接惠普的计算机和可编程仪器.由于其高转换速率(通常可达1Mbytes/s), 这种接口总线得到普遍认可, 并被接收为IEEE标准488-1975和ANSI/IEEE标准488.1-1987。后来, GPIB(General-Purpose Interface Bus)比HP-IB的名称
9、用得更广泛。 ANSI /IEEE 488.2 -1987加强了原来的标准, 精确定义了控制器和仪器的通讯方式. Standard Commands for Programmable Instruments（SCPI)采纳了IEEE488.2定义的命令结构,创建了一整套编程命令。 IEEE488标准（GPIB），是一种在ATE系统中用来连接计算机和仪器的总线接口。一般来讲，IEEE488.1定义了硬件标准，而IEEE488.2定义了软件标准。IEEE488标准被仪器厂商广泛接受。今天，GPIB已经成为计算机与仪器间最通用的总线标准。,2019/6/9,25,2019/6/9,26,GPIB标准
10、接口包括接口与总线两部分。 接口部分由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传送的信息进行发送、接收、编码和译码。 总线部分是一条无源多芯电缆，用于传输各种消息，消息指的是总线上传递的各种信息。 图(a)为具有GPIB接口的仪器通过GPIB总线连接起来的标准接口总线系统，,GPIB标准接口系统的概述,2019/6/9,27,图(b)为GPIB24线总线插座外形结构。,（Device Under Test）为被测器件。,2019/6/9,28,在一个GPIB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络，至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置，如
11、测量仪器、数据采集器、计算机等。听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置，如打印机等。控者是数据传输过程中的组织者和控制者，通常由计算机担任。一个GPIB系统中，可以设置多个讲者、听者和控者，不允许有两个或两个以上的讲者或控者同时起作用，但允许多个听者同时工作。控者、听者、讲者被称为系统功能的三要素，系统中的某一个装置可以具有三要素中的一个、两个或全部功功能。,基于GPIB可程控测试设备数字接口总线组建的自动测试系统，称为积木式自动测试系统,或称“迭叠式自动测试系统”。 主要特点是： （1）系统组建灵活、方便，GPIB设备利用率高。 （2）测试系统规模较小，如：最多不能超过15台设备，总线长度小
12、于20米。 （3）总线型连接方式，组建方便、可靠性好。 （4）数据（比特）并行传输，速率较低，小于1MB/S。 （5）组建成测试系统的设备资源冗余量较大。 GPIB自动测试系统是小型实验室试验研究测试系统。,2019/6/9,29,GPIB主要特点,2019/6/9,30,总线是一条24芯电缆，其中16条被用作信号线，其余则被用作逻辑地线及屏蔽线。电缆两端是与图(b)相似的双列24芯叠式结构插头。 GPIB标准接口总线中的16条信号线按功能可分为以下三组： 8条双向数据总线（DIO1DIO8），用于传递包括数据、命令和地址等的仪器或接口消息，所传递消息的类型由其余两组信号线加以区分。,GPIB
13、标准接口的总线结构,2019/6/9,31,3条数据挂钩联络线（DAV、NRFD和NDAC），用于控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术。三线挂钩指的是讲者、控者、听者之间的逻辑联接与接续关系。定义如下： DAV(Dada Valid)数据有效线：当数据线上出现有效数据时，讲者置该线为低（负逻辑），示意听者从数据线上接收数据。,GPIB标准接口的总线结构,2019/6/9,32, NRFD(Not Ready For Data)数据未就绪线：只要听者中有一个尚未准备好接收数据，该线就为低，示意讲者暂不要发出信息。 NDAC(Not Data A
14、ccepted)数据未收到线：只要听者中有一个尚未从数据总线上接收完数据，该线就为低，示意讲者暂不要撤掉数据总线上的信息。 5条接口管理控制线（ATN、IFC、REN、EOI和SRQ），用于控制GPIB总线接口的状态。定义如下：,GPIB标准接口的总线结构,2019/6/9,33, ATN(Attention)注意线：该线由控者使用，用来指明数据线上数据的类型。当它为1时，数据总线上的信息是由控者发出的、用于管理接口部分工作的消息（命令、设备地址等），这时，一切设备均要接收这些信息。当它为0时，数据总线上的信息是由讲者发出的、用于完成仪器自身工作的仪器消息（数据、设备的控制命令等），所有听者都
15、必须听。 IFC(Interface Clear)接口清除线：该线由控者使用，当它为1时，整个接口系统恢复到初始状态。,GPIB标准接口的总线结构,2019/6/9,34, REN(Remote Enable)远程控制线：该线由控者使用，当它为1时，仪器可能处于远程控制状态，从而封锁设备面板上的手工操作。当它为0时，仪器处于本地工作方式。 SRQ(Service Request)服务请求线：所有设备都与这条线“线或”在一起，任意设备将此线变为低态（SRQ为1）时，就表示向控者提出服务请求，然后控者通过依次查询确定提出请求的设备。 EQI(End Or Identify)结束或识别线：此线与AT
16、N配合使用，当EOI为1、ATN为0时，表示讲者已传递完一组数据；当EOI为1、ATN为1时，表示控者要进行识别操作，要求设备把它们的状态放在数据线上。,2019/6/9,35,测量频率响应的自动测试系统,2019/6/9,36,GPIB,RS232,2019/6/9,37,美国Venable Instruments公司 FREQUENCY RESPONSE ANALYZER,测试频率范围：0.01Hz-2.2MHz 输出电压：10mVac- 10Vac, 10Vdc,产生波德图(Bode plot), 尼奎士图(Nyquist plot), 阻抗图,测试电源设备的开环响应( Open Loop ) ，观察整个系统的频域特性，并由Phase margin 、Gain margin 了解稳定性。测量元件的频域特性。,2019/6/9,38,主机：含一个可送出频率变化的扫描信号，有两个频道测量信号的变化量。 控制及分析软件 通过GPIB ，控制主机的输出信号， 并采集测量信号。 2
