自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,測(cè)試（自動(dòng)）系統(tǒng)集成技術(shù),孫旋,自動(dòng)化教研室,Tel:5896405,測(cè)試（自動(dòng)）系統(tǒng)集成技術(shù),課 程 簡(jiǎn) 介,*自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù),；,*,2009,級(jí)，,36h，2,學(xué)分；,*課堂教學(xué)，答疑，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)演示；,*筆試+考核=學(xué)位,2,學(xué)分，,*教材：,陳長(zhǎng)齡等：,自動(dòng)測(cè)試及接口技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版業(yè) 2004.11,*參考書(shū)：張世箕,等：,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 電子科大出版業(yè),張世箕,等：,電子儀器接口技術(shù) 電子科大出版業(yè),測(cè)試（自動(dòng)）系統(tǒng)集成技術(shù),本課程主要講述內(nèi)容：,現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型和發(fā)展概況,VXI,總線接口技術(shù)及其電路的設(shè)計(jì)方法,器件消息(488.2)的消息交換控制協(xié)議,現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件集成技術(shù),測(cè)試軟件平臺(tái)技術(shù),-LABVIEW,特別突出現(xiàn)代,ATS,的系統(tǒng)集成技術(shù),第一章,緒,論,第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,一,、自動(dòng)測(cè)試的概念,1、什么是測(cè)量？測(cè)試？計(jì)量？,2、什么是測(cè)量,技術(shù),？,3,、電子,測(cè)量（試）儀器（設(shè)備）？,4,、,測(cè)試系統(tǒng)，手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),？,5,、自動(dòng)測(cè)試（系統(tǒng)）？,第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,1、什么是測(cè)量？,嚴(yán)密的講：,把待測(cè)量直接或間接地與另一個(gè)同類(lèi)的已知量相比較，拿這個(gè)已知量作為計(jì)量單位，定出被測(cè)量是該單位的若干倍或幾分之幾，這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程就是測(cè)量。

換而言之，測(cè)量就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)求出被測(cè)量與計(jì)值單位的比值門(mén)捷列也夫（,.）,說(shuō)過(guò)：,*“測(cè)量是認(rèn)識(shí)自然界的主要工具”；,*“有測(cè)量，才有科學(xué)”測(cè)試？計(jì)量？,第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,2、什么是測(cè)量,技術(shù),？,測(cè)試中所采用的原理、方法和技術(shù)措施稱為,測(cè)量（試）技術(shù)3,、電子,測(cè)量（試）儀器（設(shè)備）？,基于某種測(cè)量技術(shù)，利用電子器件和線路技,術(shù)組成的裝置，用以測(cè)量各種電磁參量或產(chǎn)生供測(cè)量用的電信號(hào)，稱為電子測(cè)量?jī)x器電子儀器配上適當(dāng)?shù)膿Q能器（傳感,器）能測(cè)量幾,乎一切非電物理量，泛指測(cè)試 儀器（設(shè)備）第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,4,、,測(cè)試系統(tǒng)，,習(xí)慣上，將為完成某項(xiàng)測(cè)試任務(wù)而按某種規(guī)則有機(jī)構(gòu)造的互相聯(lián)接起來(lái)的一套測(cè)試儀器（設(shè)備）稱為測(cè)試系統(tǒng)這是狹義的測(cè)試系統(tǒng)，廣泛的測(cè)試系統(tǒng)還應(yīng)包括測(cè)量者（人員）、測(cè)試對(duì)象、和測(cè)試環(huán)境手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),？,一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，由人工操作完成特定測(cè)試任務(wù)，稱為手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,5,、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)：,使用具有一定自動(dòng)化能力的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)量和實(shí)驗(yàn)，稱為自動(dòng)測(cè)試 （,Automatic measurement and test）；,通常把在人最少參與的情況下，利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序，控制測(cè)試過(guò)程并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理直至以適當(dāng)方式給出測(cè)試結(jié)果的測(cè)試系統(tǒng)稱為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（,Automated Test System ATS）,或自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（,Automated Test Equipment ATE）。

第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,最初的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)：掃頻測(cè)試系統(tǒng),計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制方法的引入，促進(jìn)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,為軍事目的而提出的“萬(wàn)能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”,美國(guó)國(guó)防部1956年,SETE,計(jì)劃：,不依靠任何文獻(xiàn)（被測(cè)件技術(shù)說(shuō)明書(shū)、儀器手冊(cè)、測(cè)試手冊(cè)）,非熟練人員進(jìn)行幾乎全自動(dòng)的操作,以電子計(jì)算機(jī)的速度進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)編程的靈活性，適應(yīng)任何具體的測(cè)試任務(wù),缺點(diǎn)：,雖然對(duì)測(cè)試人員的測(cè)試技能的要求降低，但對(duì)其測(cè)試編程能力的要求提高；,技術(shù)資料雖然由測(cè)試軟件取代，但軟件文檔仍然很大；,成果：,促進(jìn)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展,第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,圖1-1 測(cè)量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),開(kāi)關(guān)器,開(kāi)關(guān)器,可程控信號(hào)發(fā)生器,被測(cè)件,可程控,電壓表,可程控,計(jì)數(shù)器,可程控,直流電源,打印機(jī),繪圖儀,計(jì)算機(jī),頻率響應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),第一節(jié),自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義,二、自動(dòng)測(cè)試的意義,大批量的產(chǎn)品，沒(méi)有自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，也是難以想象的；,人們無(wú)法進(jìn)入的有損測(cè)試人員健康的場(chǎng)所；,可無(wú)人值守了；,工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化已在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過(guò)程中普遍應(yīng)用；,自動(dòng)化的突出特點(diǎn)之一是高速度，可以節(jié)約大量人力；,依靠具有計(jì)算、處理能力的控制器，獲得極寬的測(cè)量頻率和動(dòng)態(tài)范圍；,達(dá)到多參數(shù)、多功能的測(cè)試效果；,消除或削弱隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，獲得極高的測(cè)量精確度；,帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效果；,大大節(jié)約了寶貴的高級(jí)復(fù)雜勞動(dòng)力,以改進(jìn)產(chǎn)品的性能,；,推斷出事物的本質(zhì)和自然規(guī)律,；,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步有賴于測(cè)試,。

第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),從自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)概念出發(fā)，可以抽象出現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)模型的構(gòu)造要素:可程控測(cè)試儀器、測(cè)試控制機(jī)、互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口和軟件系統(tǒng)，如圖1-2示器件功能區(qū),接口功能區(qū),器件功能區(qū),接口功能區(qū),器件功能區(qū),接口功能區(qū),接口功能區(qū),計(jì)算機(jī)本體區(qū),測(cè)試應(yīng)用軟件,測(cè)試編程語(yǔ)言,操作系統(tǒng),儀器本體,程控設(shè)備1,程控設(shè)備2,程控設(shè)備,n,數(shù)字總線,測(cè)試控制機(jī),測(cè)試軟件系統(tǒng),數(shù)字接口總線系 統(tǒng),圖1-2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),1,可程控測(cè)試設(shè)備,（1）,可程控操作,（,2,）,有接口功能區(qū),2,測(cè)試控制器,在功能上:測(cè)試控制器應(yīng)該具有兩種能力，第一是設(shè)備間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)接口總線資源管理能力，第二是對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備操作控制能力在構(gòu)成上:硬件方面必須配有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口，以便同測(cè)試設(shè)備相容互聯(lián)；軟件系統(tǒng)中含有測(cè)試應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口總線系統(tǒng),互聯(lián)的設(shè)備與設(shè)備（或說(shuō)系統(tǒng)與系統(tǒng)）之間的想象用于信息交接的一部分界面，稱之為接口為了在開(kāi)放式互聯(lián)設(shè)備之間實(shí)行數(shù)字式信息交換所必須的一整套與設(shè)備有關(guān)的接口的機(jī)械、電氣和功能要素，稱為數(shù)字接口系統(tǒng)。

4測(cè)試應(yīng)用軟件及其開(kāi)發(fā)環(huán)境,測(cè)試應(yīng)用軟件,軟件開(kāi)發(fā)手段:是指測(cè)控計(jì)算機(jī)提供的操作系統(tǒng)、測(cè)試擴(kuò)充高級(jí)編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)處理工具軟件和程序故障診斷軟件等測(cè)試應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境,第三節(jié),程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議,程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議（或模型）問(wèn)題，可用圖,1-3,描述可以歸納為物理互,聯(lián),層和程控命令層協(xié)議儀器設(shè)計(jì)者及,SCPI,儀器設(shè)計(jì)者及,SCPI,A,D,C,B,IEEE488.2,標(biāo)準(zhǔn),D,A,B,C,IEEE488.2,標(biāo)準(zhǔn),GB/T15946/IEEE488.1,標(biāo)準(zhǔn),遠(yuǎn)地接口消息,系統(tǒng)器件,X,公用命令和詢問(wèn),語(yǔ)法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),器件確定的消息,系統(tǒng)器件,Y,總線,D,層：器件功能；,C,層：公用系統(tǒng)功能；,B,層：消息通信功能；,A,層：接口功能,圖1-3 互連程控測(cè)量設(shè)備通信功能層,第三節(jié),程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議,一、數(shù)字接口總線,1接口與接口系統(tǒng),各個(gè)儀器的接口之間必須滿足下列幾個(gè)條件:,（1）電氣相容,（2）功能相容,（3）機(jī)械相容 （4）,運(yùn)行,相容,為在互聯(lián)設(shè)備間實(shí)行數(shù)字式信息交換所必須的一整套與設(shè)備有關(guān)的接口的機(jī)械、電氣和功能要素，稱為數(shù)字接口系統(tǒng)2數(shù)字接口總線的發(fā)展,如表,1-1,，在測(cè)試領(lǐng)域得以廣泛流行的有,GPIB,，,RS232C,，,CAMAC,，,VXIbus,等,第三節(jié),程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議,二、,程控設(shè)備的器件數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,程控設(shè)備器件數(shù)據(jù)編碼、格式、語(yǔ)義的非標(biāo)準(zhǔn)化給編程人員造成很大的困難，仍然制約著,ATS,的推廣應(yīng)用。

IEEEstd488.2-1987:IEEE,標(biāo)準(zhǔn)編碼、格式、協(xié)議和公用命令”,(,也稱為,IEEE488.2),1990年4月，推出的“可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令（,SCPI）”,才使程控設(shè)備器件數(shù)據(jù)得到標(biāo)準(zhǔn)化如圖1-3所示，它是在,IEEE488.2,的基礎(chǔ)上，制定了設(shè)備設(shè)計(jì)者定義,器件功能層特定器件數(shù)據(jù)語(yǔ)義,時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)范第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,一,、關(guān)于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分類(lèi),從接口總線特性出發(fā)劃分自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)別：,專(zhuān)用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；半專(zhuān)用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；第二代（現(xiàn)代）自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)而現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分類(lèi)如下,:,基于,GPIB,數(shù)字接口總線(也含,RS232、,等,):,積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基于,VXI、CAMAC、PXI,數(shù)字接口總線：,模塊式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基于嵌入式,p,內(nèi)總線：,智能化儀器系統(tǒng)基于多數(shù)字接口總線：,多總線融合式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,二、,積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),基于,GPIB,可程控測(cè)試設(shè)備數(shù)字接口總線組建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，稱為積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)如圖1-1所示意的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，或稱“迭疊式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”主要特點(diǎn)是：,（,1,）測(cè)試系統(tǒng)組建靈活、方便，,GPIB,設(shè)備利用率高。

2,）測(cè)試系統(tǒng)規(guī)模較小，如：最多不能超過(guò),15,臺(tái)設(shè)備，總線長(zhǎng)度小于,20,米3,）總線型連接方式，組建方便、可靠性好4,）數(shù)據(jù)（比特）并行傳輸，傳輸速率較低5,）組建成測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備資源冗余量較大GPIB,積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是小型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究測(cè)試系統(tǒng)第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,圖1-1 測(cè)量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),開(kāi)關(guān)器,開(kāi)關(guān)器,可程控信號(hào)發(fā)生器,被測(cè)件,可程控,電壓表,可程控,計(jì)數(shù)器,可程控,直流電源,打印機(jī),繪圖儀,計(jì)算機(jī),GPIB,RS232,第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,三,、智能儀器系統(tǒng),含有,P,系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)）的儀器，如最早的美國(guó),DANA,公司的,9000,系列計(jì)數(shù)器、,Systron Donner,公司的,7115,數(shù)字電壓表等與傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器相比，含有,P,的儀器不但具有測(cè)試功能，還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理與分析、多參數(shù)計(jì)算、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)檢查、自動(dòng)診斷、輸出控制與通信的能力將含,P,的儀器稱為“,Smart Instruments”，,或“,Instruments based microcomputer”,更貼切些圖1-4給出了一臺(tái)實(shí)時(shí)采樣數(shù)字存儲(chǔ)示波器（,DSO）,樣機(jī)組成框圖，它是典型智能（,P）,化儀器系統(tǒng)。

第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,圖1-4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器樣機(jī)組成,PCA6154,單板微機(jī),ISA,總線,pc,Vin2,EXT,pc,ACQEN,光耦,TRIARM,SYSTRI,ACQEN,fw,fw,f,s,f,s,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng),固態(tài)電子盤(pán),pc,pc,pc,pc,pc,GPIB,總線,Vin1,CH1（,與,CH2,相同）,模擬電路,數(shù)字電路,CH2,調(diào)理,外觸發(fā)調(diào)理,主觸發(fā)器,ADC,數(shù)字時(shí)基,采集,RAM,模擬控制接口,數(shù)字控制接口,觸發(fā),調(diào),理,CPU,ROM,DRAM,SSD,VGA,FDD,IDE,PS2,COM1,COM2,GPIB,口,TFT,屏,軟盤(pán)驅(qū)動(dòng),鍵盤(pán)、鼠標(biāo),儀器面板盤(pán),信號(hào)采集測(cè)試功能,嵌入式,P,監(jiān)控系統(tǒng),DOS,監(jiān)控程序,第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,四,、模塊式儀器系統(tǒng),程控儀器標(biāo)準(zhǔn)外總線測(cè)控計(jì)算機(jī),=,積木式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試功能件內(nèi)總線嵌入式,P,系統(tǒng),=,智能化儀器系統(tǒng),將,儀器中的測(cè)試功能電路板模塊（插件）化，插入計(jì)算機(jī)內(nèi)總線槽上，組建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)1980,年某些儀器廠家研制單卡儀器（,IAC,Instruments,on,a,card,），,就是最早的模塊式計(jì)算機(jī)內(nèi)總線儀器系統(tǒng)。

1989國(guó)際上,VXIbus,聯(lián)合體推出“,VMEbus eXtensions for Instrumentation VXIbus system Specification.Revision 1.3”,電子測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的,模塊式儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線,規(guī)約,第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,圖,1-5,為一個(gè),VXI,模塊式儀器系統(tǒng),示意圖第四節(jié),現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型,五,、虛擬儀器系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形工具和在線幫助功能，建立圖形化的虛擬儀器面板，以完成對(duì)儀器功能的控制、數(shù)據(jù)處理和分析、顯示結(jié)果；則這種包含實(shí)際儀器操作、使用信息的軟件與,PC,機(jī)結(jié)合構(gòu)成的儀器，就稱為虛擬儀器虛擬儀器基本要素為：可重配置。