电子测量第12章 测试系统集成技术课件

1、第12章 测试系统集成技术,12.1 测试系统及其集成概述 12.2 测试系统中的通信技术 12.3 测试系统中的标准总线 12.4 测试系统中的硬件平台 12.5 测试系统中的软件平台 12.6 虚拟仪器简介,通常把在最少人工参与下能自动进行测量、处理、显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统。,12. 1 测试系统及其集成概述,自动测试系统集成了仪器技术、总线技术、计算机技术、软件技术、可测性设计技术。 总线技术和软件技术的进步极大地促进了自动测试系统的发展。 自动测试系统的发展大致可分为三个阶段： 第一代的自动测试系统多为不采用标准总线接口构成的专用测试系统 ，不具有灵活组建的通用性 。 第二代的自动测试系统采用了标准化的通用可程控测量仪器接口总线（如IEEE 488）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、组建和使用都较容易。,第三代自动测试系统：由微型计算机、通用硬件和应用软件三部分组成,测试系统集成的主要内容：,确定测试任务和需求分析 选择主控机和零槽控制器及控制方式 选择/开发VXI仪器模块 选择主机箱 开关及测试接口的选择与设计 选择系统软件

2、开发平台 测试应用软件开发,12.2 测试系统中的通信技术,12.2.1串行通信和并行通信 1.串行通信 信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯 。 常见的串行标准是RS232/244/485 。 2. 并行通信 并行通信是在两个设备之间同时传输多个数据位，它主要用于近距离通信。 仪器与计算机之间常用的并行通信标准有EPP、SPP等,12.2.2有线通信和网络化测试技术,Internet在远程数据采集与控制，高档测试仪器设备的远程实时调用，远程设备故障诊断等场合得到了越来越广泛的应用。 利用现有Internet资源，而不需要建立专门的拓扑网络。 把TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中，使信号的传输通过TCP/IP进行，网络化仪器设备成为网络中的独立节点，信息可通过网络从一个节点传输到另一个节点，使实时、动态的在线测控成为现实。,油井无线监测系统,12.2.3无线通信技术,有线的分布式网络测试系统，当设备多时连线十分复杂，而且适用于系统相对固定；若系统移动至它处时，需要重新连线；若添加新测试仪器,需要增加连接线，使用不方便。 无线通信网的测试系统，设备以无线方式进行通

3、信，设备之间不需连线，组建系统十分方便。 无线局域网技术标准主要有IEEE802.11、HomeRF和蓝牙等,12.3 测试系统中的标准总线,自动测试系统首先要解决互联设备在机械、电气、功能上兼容，以保证各种命令和测试数据在互联设备间准确无误地传递。 可程控设备的标准接口总线解决了这一问题。 标准接口总线有RS232C，CAMAC，IEEE488，VXI，PXI，IEEE1394及USB总线等。 标准总线的优点：可以根据具体测试任务的需要，选用现成的标准总线接口的仪器（包括计算机），组建自动测试系统，系统也可以随时改建或重建。,12.3.1 IEEE488接口总线,由IEEE488接口总线组成的自动测试系统主要由设备、接口和总线三部分组成 设备分为讲者、听者、控者。 接口总线包括8根数据线、3根挂钩线、5根管理线和地线。 定义了10种接口功能 属异步并行总线。 是一种外部总线，适用于一个实验室内相距20米以内的各设备之间互连。,12.3.2 VXI总线,VXI总线直接源于工业微机的VME总线，并在此基础上扩展了仪器需要的链式和星形两种触发总线、时钟和同步总线、本地总线、模块识别线和模拟

4、信号线，还补充了仪器需要的几种供电电源。 VXI系统是基于计算机并行内总线的开放式、标准化、模块化的仪器系统。 VXI总线系统具有模块化结构、数传速率高、体积小、重量轻、功耗少、性价比高、易于发挥计算机能力和易于构成虚拟仪器等诸多优点，特别是它的标准化所带来的开放性和灵活性，受到各界的广泛重视，获得了广泛应用, VXI测试系统硬件,VXI系统的硬件配置主要考虑主机箱、仪器模块和控制器的选用 。 控制方式有： GPIB总线控制方式 MXI总线控制方式 内嵌式计算机（控制器）控制方式,12.4 测试系统中的硬件平台,主要包括测控计算机，测试仪器资源（如VXI仪器模块，GPIB总线仪器或其它仪器或模块），标准接口、系列适配器和被测设备或单元。上述各部分共同完成自动测试系统的信号调理与采集功能，数据分析与处理功能，参数设置与结果表达,12.5 测试系统中的软件平台,12.5.1 测试软件的发展 软件技术在测试系统中起着越来越重要的作用，测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试软件为核心的集成系统。 “软件就是仪器”的思想改变了传统测量仪器的观念，许多过去在传统仪器由硬件完成的功能，可以由软件来

5、实现。,12.5.2 测试软件的标准化,在测试软件发展过程中，初期人们是通过测试编程语言来编写仪器测试程序的。测试软件开发人员不仅要了解测试系统中的接口标准、通信规范，熟悉仪器的各种程控代码，还必须掌握测试编程语言的编程方法； 测试软件应具有开放性、可重用性、可扩展性 随着测试仪器种类的不断增加以及测试任务的日益复杂，使得测试软件的标准化成为发展的必然趋势 。,可编程仪器标准命令SCPI,可编程仪器标准命令SCPI是为解决可程控仪器编程标准化，1990年仪器制造商国际协会在IEEE488.2标准的基础上进行扩充，而制定出的一个重要的程控仪器软件标准。 SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、响应消息以及数据和状态的报告结构。 基本原则是使测试软件编程是面向测试功能而不是面向仪器，相同的命令控制相同的测试功能，而不是相同的仪器。 SCPI标准大大提高了仪器的互换性 SCPI提出了三种形式的相容性，即纵向相容性、横向相容性和功能相容性 。,SCPI程控仪器模型，模型中的模块对应着SCPI命令分层结构中的术语，其目的不在于指导测试开发人员进行具体的设计，而是以清晰的信号流程来形成SCPI命令

6、集。,仪器驱动器,仪器驱动器也叫仪器驱动程序，是针对某一特定仪器进行控制和通信的一种底层软件的集合，是测试应用程序实现仪器控制的桥梁。 每台仪器都有自己的仪器驱动器。通常是由仪器制造商负责开发并免费提供给用户。,VPP仪器驱动器,即插即用标准（VXI Plug&Play，简称VPP），VPP进一步实现了仪器驱动器的标准化，提高了仪器的互操作性、可移植性、可扩展性，并向多功能方面发展。 VPP是由软件I/O层和仪器驱动器组成。 软件I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层。,虚拟仪器软件体系（Virtual Instruments Software Architecture，简称VISA）,VISA就是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称，一般称这个I/O函数库为VISA库，是VPP仪器驱动器中的软件I/O层。 VISA对测试软件开发者来讲是一个可直接调用的操作函数集、一个高层API（应用程序接口），通过调用底层的仪器驱动器来控制仪器操作，实现了I/O接口无关性。,VPP仪器驱动器的模型,通过调用统一、通用的VISA库函数，并配置相应的参数，就可以控制各种不同接口的仪器。当测试

7、任务发生变化，需要更换其它仪器时，只需更新仪器驱动程序，并相应调整VISA函数的参数，而无需修改应用程序的代码。,可互换虚拟仪器驱动器（Interchangable Virtual Instruments简称IVI）模型,IVI标准制定了一个统一的规范，使测试软件系统具有更大的硬件独立性，更短的开发周期，更低的维护和支持费用以及更高的运行效率。 目前，制定了五类仪器的IVI标准：示波器/数字化仪（IVIScope）；数字万用表（IVIDmm）；任意波形发生器/函数发生器（IVIFGen）；开关/多路复用器/矩阵（IVISwitch）；电源（IVIPower）。 IVI仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分，核心是仪器属性和状态缓存。 和VISA相比，IVI扩展了VPP仪器驱动器的标准，并具备状态缓存、仿真、多线程等特性。,VPP仪器驱动器模型,12.5.3 测试软件开发环境,1基于文本模式的测试软件开发环境 早期的测试软件采用的是面向过程的编程语言来开发，如BASIC、C等。 2基于Windows图形模式的测试软件开发环境 (1) 可视化编程软件 在图形化的操作系统Windows出现以后，可在计算机屏幕上模拟真实仪器。常用的有Visual C+、Visual Basic等有代表性的用于测试软件开发的可视化编程软件是LabWindows/CVI (2) 图形化编程软件： 具有代表性的是LabVIEW和VEE,12.6 虚拟仪器简介,虚拟仪器的结构,软面板,计算机,

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