第9章自动测试系统全解

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1、第第9 9章章 自动测试系统自动测试系统v本章重点本章重点9.1 9.1 自动测试系统自动测试系统9.2 9.2 智能仪器智能仪器9.3 9.3 虚拟仪器虚拟仪器9.4 9.4 接口总线及信道接口总线及信道9.5 9.5 测试软件测试软件9.6 9.6 自动测试系统的组成自动测试系统的组成本章小结本章小结习习 题题 九九第第9 9章章 现代电子测量技术现代电子测量技术自动测试系统自动测试系统ATS,Automatic Test SystemCAT,Computer Aided Testv本章重点：本章重点：l自动测试系统的组成和发展概况自动测试系统的组成和发展概况l智能仪器和虚拟仪器智能仪器和

2、虚拟仪器l总线接口、测试软件总线接口、测试软件l自动测试系统的集成自动测试系统的集成9.1 9.1 自动测试系统自动测试系统一、自动测试系统（一、自动测试系统（CATCAT平台）的基本组成平台）的基本组成1.1.控制器：系统的指挥、控制中心控制器：系统的指挥、控制中心2.2.程控仪器设备：能完成一定的具体测试、控制任务程控仪器设备：能完成一定的具体测试、控制任务3.3.总线与接口：完成消息、命令、数据的传输与交换总线与接口：完成消息、命令、数据的传输与交换4.4.测试软件：为完成系统测试任务而编制的各种应用测试软件：为完成系统测试任务而编制的各种应用软件软件5.5.被测对象被测对象9.1 9.

3、1 自动测试系统自动测试系统二、自动测试系统发展概况二、自动测试系统发展概况1.第一代测试系统：多为专用系统，常第一代测试系统：多为专用系统，常针对某具体任务而设计；其结构特点针对某具体任务而设计；其结构特点是，采用比较简单的定时器或扫描器是，采用比较简单的定时器或扫描器作为控制器，其接口也是专用的，故作为控制器，其接口也是专用的，故通用性比较差。通用性比较差。9.1 9.1 自动测试系统自动测试系统二、自动测试系统发展概况二、自动测试系统发展概况2.第二代测试系统：采用了标准化的通用第二代测试系统：采用了标准化的通用可程控测量仪器接口总线（可程控测量仪器接口总线（GPIB，位并，位并行，字节

4、串行）及可程控仪器和测控计行，字节串行）及可程控仪器和测控计算机。算机。9.1 9.1 自动测试系统自动测试系统二、自动测试系统发展概况二、自动测试系统发展概况3.第三代测试系统：仅由微型计算机、通用第三代测试系统：仅由微型计算机、通用硬件（激励信号产生电路、取样器和接收硬件（激励信号产生电路、取样器和接收器、可程控测试接口等）和应用软件组成；器、可程控测试接口等）和应用软件组成；充分发挥计算机的能力。充分发挥计算机的能力。9.2 9.2 智能仪器智能仪器一、智能仪器的定义及特点一、智能仪器的定义及特点1.1.智智能能仪仪器器的的定定义义：是是含含有有微微计计算算机机或或微微处处理理器器的的测

5、测量量仪仪器器，它它拥拥有有对对数数据据的的存存储储、运运算算、逻逻辑辑判判断断及及自自动动化化操操作作等等功功能能，具具有有一一定定智智能能的的作用作用（表现为智能的延伸或加强等）。（表现为智能的延伸或加强等）。2.2.智能仪器的基本特点：智能仪器的基本特点：1 1）测量过程的软件控制：）测量过程的软件控制：CPUCPU软件控制测量过程软件控制测量过程 “ “以软代硬以软代硬” ” 灵活性强、可靠性强灵活性强、可靠性强2 2）强大的数据处理功能）强大的数据处理功能 ：随机误差、系统误差、非线性校准等处理随机误差、系统误差、非线性校准等处理改善改善测量的精确度；测量的精确度；数字滤波、相关、卷

6、积、反卷积、幅度谱、相位数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析谱、功率谱等信号分析提供更多高质量的信息提供更多高质量的信息3 3）多功能化）多功能化 ：4 4）操控界面的）操控界面的“键盘化键盘化”：5 5）友好的人机界面：）友好的人机界面：二、智能仪器的组成：硬件和软件。二、智能仪器的组成：硬件和软件。1 1、智能仪器硬件系统组成、智能仪器硬件系统组成硬件系统的两种基本类型：硬件系统的两种基本类型：微机内置式（单片机为核心）微机内置式（单片机为核心）微机扩展式（微机扩展式（PCPC机为核心）机为核心）9.2 9.2 智能仪器智能仪器（1 1）微机内置式：是由单片或多片

7、微机芯片）微机内置式：是由单片或多片微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。与仪器有机地结合在一起形成的单机。 特点：特点：u专用或多功能；专用或多功能；u小型化、便携式干电池供电；小型化、便携式干电池供电；u易于密封，适应恶劣环境，成本低。易于密封，适应恶劣环境，成本低。 用途：用途：适用于工业控制、科学研究、军工企适用于工业控制、科学研究、军工企业、家用电器等方面。业、家用电器等方面。（2 2）微机扩展式（个人计算机仪器）微机扩展式（个人计算机仪器PCIPCI或或称微机卡式仪器）称微机卡式仪器） ： 是以个人计算机是以个人计算机为核心的应用扩展型测量仪器。为核心的应用扩展型测量仪器。 特

8、点：特点：v使用灵活、应用范围广；使用灵活、应用范围广；v可充分利用可充分利用PCPC已有的各种资源；已有的各种资源；v数据处理功能强，内存容量大；数据处理功能强，内存容量大； 用途：用途：适于复杂的、高性能的信息处理。适于复杂的、高性能的信息处理。智能仪器硬件系统通用结构组成：微机系统，输入、智能仪器硬件系统通用结构组成：微机系统，输入、输出电路，人机接口和通信接口电路输出电路，人机接口和通信接口电路4 4部分。部分。内嵌微处理器智能仪器的基本结构内嵌微处理器智能仪器的基本结构单片机或DSPRAM、EPROMI/O接口D/AA/D外部通信RS-232C、USB打印机仪器面板键盘、开关、显示器

9、传感器电量非电量输入通道输出通道MCU被测量 传感器 放大器 S/H A/D执行机构 放大器 D/A人机接口（键盘，显示器，通讯）微机扩展式智能仪器微机扩展式智能仪器- -个人仪器（个人仪器（PCIPCI）结构图）结构图个人计算机个人计算机总线扩展槽总线扩展槽软件软件 仪仪器器插插件件 通通用用接接口口 仪仪器器插插件件 仪仪器器插插件件电源电源PCPC总线总线GPIBGPIB总线总线扩展底板或外部插件箱扩展底板或外部插件箱 个人仪器结构图个人仪器结构图普通台式普通台式PCIPCI工工控控机机P PC CI I笔笔记记本本P PC CI I2 2、智能仪器软件系统组成、智能仪器软件系统组成（1

10、 1）功能执行程序：实现各种实质性的功）功能执行程序：实现各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打印、输出能，如测量、计算、显示、打印、输出控制和通信等。控制和通信等。（2 2）监控程序：是专门用来协调各个执行）监控程序：是专门用来协调各个执行模块和操作者关系的程序，在系统程序模块和操作者关系的程序，在系统程序中充当组织调度的角色。监控程序的结中充当组织调度的角色。监控程序的结构大致分作业顺序调度型、作业优先调构大致分作业顺序调度型、作业优先调度型和键码分析作业调度型度型和键码分析作业调度型3 3种。种。 一、虚拟仪器的基本概念和特点一、虚拟仪器的基本概念和特点在计算机和必要的仪器硬件确定之后

11、，软件就是在计算机和必要的仪器硬件确定之后，软件就是PCIPCI仪器发展的关键。仪器发展的关键。软件就是仪器成为流行的说法。软件就是仪器成为流行的说法。NINI（National InstrumentsNational Instruments）公司）公司19861986年设计的年设计的LabVlEWLabVlEW（Laboratory Virtual Instrumentation Laboratory Virtual Instrumentation Engineering WorkbenchEngineering Workbench）l.0l.0，20032003年发展到年发展到Labvie

12、w7.0Labview7.0，推动，推动虚拟仪器（虚拟仪器（VI: Virtual VI: Virtual InstrumentInstrument）技术的发展。技术的发展。图形化编程语言图形化编程语言建立的虚拟仪器面板，完成对仪器建立的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。9.3 9.3 虚拟仪器虚拟仪器一、虚拟仪器的基本概念和特点一、虚拟仪器的基本概念和特点虚拟仪器系统特点：虚拟仪器系统特点：由用户定义仪器功能；由用户定义仪器功能；仪器硬件模块化；可重用和重新配置；仪器硬件模块化；可重用和重新配置；强调软件就是仪器的新概

13、念；强调软件就是仪器的新概念；系统功能、规模可通过修改软件、更换仪系统功能、规模可通过修改软件、更换仪器硬件而增减；技术更新速度快，开发维器硬件而增减；技术更新速度快，开发维护费用低。护费用低。9.3 9.3 虚拟仪器虚拟仪器二、虚拟仪器的组成及关键技术二、虚拟仪器的组成及关键技术1、虚拟仪器的一般结构、虚拟仪器的一般结构 个人仪器的扩展个人仪器的扩展二、虚拟仪器的组成及关键技术二、虚拟仪器的组成及关键技术2 2、虚拟仪器的构成方式、虚拟仪器的构成方式PC-DAQPC-DAQ系统：系统：GPIBGPIB系统：系统：VXIVXI系统：系统：PXIPXI系统：系统：串行接口系统：串行接口系统：现场

14、总线系统：现场总线系统：二、虚拟仪器的组成及关键技术二、虚拟仪器的组成及关键技术3、虚拟仪器中的关键技术、虚拟仪器中的关键技术实时性：数据采集、存储和信号分析之间以实时性：数据采集、存储和信号分析之间以二进制的数据形式进行高速数据传输；方向二进制的数据形式进行高速数据传输；方向是高速、线性、大动态的是高速、线性、大动态的A/D或或D/A；高速数；高速数据发生、快速数据分析与处理等。据发生、快速数据分析与处理等。DSP：提高测量的重复性和稳定性；构成频：提高测量的重复性和稳定性；构成频域与时域测试的桥梁。域与时域测试的桥梁。三、虚拟仪器软件结构（三、虚拟仪器软件结构（VISA：Virtual i

15、nstrument software architecture）VISA的任务：统一的任务：统一VXI虚拟仪器模块的软、硬件标虚拟仪器模块的软、硬件标准，进而达到统一准，进而达到统一I/O软件的目的。软件的目的。VISA具有与仪器硬件无关的特性，全世界各具有与仪器硬件无关的特性，全世界各VXI厂厂商在编写商在编写VXI虚拟仪器驱动程序时所公用的底层函虚拟仪器驱动程序时所公用的底层函数集，遵循数集，遵循VISA标准，可使得系统用户所写的应用标准，可使得系统用户所写的应用程序，不仅可用于程序，不仅可用于VXI总线系统，也可用于总线系统，也可用于GPIB总总线或带线或带RS232接口设备的系统中。接

16、口设备的系统中。VISA的出现，大大缩短了应用程序的开发周期，且的出现，大大缩短了应用程序的开发周期，且使得测试软件的开发从此走上了一个新的台阶使得测试软件的开发从此走上了一个新的台阶9.3 9.3 虚拟仪器虚拟仪器9.4 9.4 接口总线与信道接口总线与信道一、测试系统中常用的接口总线及信道一、测试系统中常用的接口总线及信道1.PC机系统并行机系统并行I/O接口总线：接口总线：PC/XT、ISA（AT）、）、EISA、PCI、AGP2.PC机的串行接口总线：机的串行接口总线：RS232、USB、IEEE1394、1-Wire单总线单总线3.标准仪器总线：标准仪器总线：GPIB（IEEE488

17、8）、）、CAMAC、VXI、PXI、VME4.现场总线：现场总线：FF、Profibus、CAN、LonWorks、HART5.信道：有线（信道：有线（RS485/232、电话线、电力线载波、电话线、电力线载波、互联网）；无线（无线电波、手机短信息、红外互联网）；无线（无线电波、手机短信息、红外线、蓝牙、无线局域网、无线上网）线、蓝牙、无线局域网、无线上网）在以计算机为核心的自动测试设备中，硬件是基础，在以计算机为核心的自动测试设备中，硬件是基础，软件是灵魂。软件是灵魂。软件在很大程度上决定了系统的先进性、可靠性、软件在很大程度上决定了系统的先进性、可靠性、实用性和实时性，软件也日益成为实用

18、性和实时性，软件也日益成为ATEATE的主体，决定的主体，决定整个系统的关键。整个系统的关键。测试仪器和系统的设计制造朝着规范化、通用化、测试仪器和系统的设计制造朝着规范化、通用化、模块化发展。模块化发展。如何快捷有效的组建自己的自动测试系统，测试软如何快捷有效的组建自己的自动测试系统，测试软件的生成技术将成为系统集成的关键。件的生成技术将成为系统集成的关键。9.5 9.5 测试软件测试软件面向对象编程技术面向对象编程技术图形化编程技术图形化编程技术自动测试程序生成技术自动测试程序生成技术9.5 9.5 测试软件测试软件u自动测试系统测试软件程序的编制：就自动测试系统测试软件程序的编制：就是使

19、用一定的计算机语言，指挥系统内是使用一定的计算机语言，指挥系统内的各种操作和消息的传递。的各种操作和消息的传递。9.5 9.5 测试软件测试软件u现代的测试软件平台：使用图形化编程方现代的测试软件平台：使用图形化编程方式，以式，以C语言为基础。语言为基础。1.LabVIEW（NI公司产品，图形化编程）公司产品，图形化编程）2.HP VEE（HP公司产品，图形化编程）公司产品，图形化编程）3.Labwindows/CVI（NI公司产品，公司产品，C语言语言及交互式编程）及交互式编程）4.ES-VATE（电子科技大学研制）（电子科技大学研制）9.5 9.5 测试软件测试软件u仪器驱动程序：主要用于

20、完成仪器硬件的通仪器驱动程序：主要用于完成仪器硬件的通信、控制功能信、控制功能仪器驱动程序是计算机上的虚拟面板与实际仪器驱动程序是计算机上的虚拟面板与实际仪器间的桥梁。仪器间的桥梁。为简化编程，常采用现成的工具软件包；也为简化编程，常采用现成的工具软件包；也可以利用标识语言完成系统软件的编写。可以利用标识语言完成系统软件的编写。9.5 9.5 测试软件测试软件自动测试系统的集成：就是如何根据实际任自动测试系统的集成：就是如何根据实际任务进行系统级设计。务进行系统级设计。测试系统必须采用开放式系统结构。测试系统必须采用开放式系统结构。VXIVXI总线自动测试系统集成：将各种部件，总线自动测试系统

21、集成：将各种部件，如仪器模块、零槽控制器、计算机控制器、如仪器模块、零槽控制器、计算机控制器、编程语言、夹具编程语言、夹具/ /探头等组成一个计算机控探头等组成一个计算机控制系统。制系统。9.6 9.6 自动测试系统的集成自动测试系统的集成VXIVXI总线自动测试系统集成的步骤：总线自动测试系统集成的步骤：1.1.明确测试任务，确定系统的总体结构框架和测试明确测试任务，确定系统的总体结构框架和测试思路；思路；2.2.选择主机箱，明确电源功率和冷却的要求；选择主机箱，明确电源功率和冷却的要求；3.3.选择主控制器和主控制器的控制方式；选择主控制器和主控制器的控制方式；4.4.进行进行VXIVXI

22、总线仪器模块的选择；总线仪器模块的选择；5.5.进行开关及测试接口的选择和设计；进行开关及测试接口的选择和设计；6.6.选择合适的系统软件和工具软件；选择合适的系统软件和工具软件；7.7.编制测试应用软件完成所需的测试任务。编制测试应用软件完成所需的测试任务。9.6 9.6 自动测试系统的集成自动测试系统的集成本章小结本章小结习习 题题 九九1.自动测试系统主要由哪几部分组成？第三代自动自动测试系统主要由哪几部分组成？第三代自动测试系统的特点是什么？测试系统的特点是什么？2.何谓智能仪器？它具有那些特点？何谓智能仪器？它具有那些特点？3.何谓虚拟仪器？它有哪些结构形式？何谓虚拟仪器？它有哪些结构形式？4.简述简述GPIB总线信号的名称和作用？总线信号的名称和作用？5.VXI总线与总线与GPIB有哪些根本上的区别？有哪些根本上的区别？6.VXI总线的模块和主机箱有何特点？总线的模块和主机箱有何特点？7.自动测试系统的集成通常有哪些步骤？自动测试系统的集成通常有哪些步骤？8.有一军火仓库，有有一军火仓库，有6间库房，距值班室间库房，距值班室600m。现。现要求对库房内的温度、湿度、浸水及库门状况进要求对库房内的温度、湿度、浸水及库门状况进行长期自动监测，试提出一个设计方案（画出布行长期自动监测，试提出一个设计方案（画出布局图并文字说明）。局图并文字说明）。