第10章现代电子测量技术.ppt

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1、第十章第十章 现代电子测量技术现代电子测量技术 本章要点本章要点:自动测试系统的基本组成和发展概况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智能仪器和虚拟仪器 总线接口、测试软件总线接口、测试软件 自动测试系统的集成自动测试系统的集成发展方向发展方向自动化自动化智能化智能化网络化网络化标准化标准化自动测试系统自动测试系统（ATSATS-Automatic Test System-Automatic Test System）：能自动）：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果的系统 计算机辅助测试计算机

2、辅助测试（CATCAT-Computer Aided Test-Computer Aided Test）系统）系统 10.110.1 自动测试系统自动测试系统（计算机控制仪器）（计算机控制仪器）10.1.110.1.1 自动测试系统（自动测试系统（CATCAT平台）的基本组成平台）的基本组成 通常，自动测试系统由下面五个部分组成：通常，自动测试系统由下面五个部分组成：控制计算机控制计算机测试软件测试软件总线与接口总线与接口测控仪器测控仪器测控对象测控对象10.1.2 10.1.2 自动测试系统的发展概况自动测试系统的发展概况 自动测试技术源于二十世纪自动测试技术源于二十世纪7070年代，发展至

3、今大致可分为三代。年代，发展至今大致可分为三代。1.1.第一代自动测试系统第一代自动测试系统-专用型专用型第一代自动测试系统多为专用系统，通常是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针对某项具体任务而设计的。而设计的。图图10.2 10.2 早期某型导弹的自动测试系统机辅助测试平台的系统结构早期某型导弹的自动测试系统机辅助测试平台的系统结构 2.2.第二代自动测试系统第二代自动测试系统 -台式仪器积木型台式仪器积木型第二代自动测试系统典型结构如图第二代自动测试系统典型结构如图10.310.3所示。与第一代自动测所示。与第一代自动测试系统的主要不同在于：采用了试系统的主要不同在于

4、：采用了标准化的通用可程控测量仪器标准化的通用可程控测量仪器接口总线（接口总线（IEEE488IEEE488）及可程序控制的仪器和测控计算机（控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。易。图图10.3 10.3 采用采用IEEE488IEEE488标准接口总线的第二代自动测试系统标准接口总线的第二代自动测试系统3.3.第三代自动测试系统第三代自动测试系统 -模块化仪器集成型模块化仪器集成型在第三代自动测试系统中，在第三代自动测试系统中，硬件硬件部分大多是部分大多是通用通用的，配备不同的，配

5、备不同的的软件软件可以产生不同的可以产生不同的激励激励信号和信号和测试测试功能。第三代自动测试功能。第三代自动测试系统目前尽管还处于发展阶段。系统目前尽管还处于发展阶段。图图10.6 10.6 第三代自动测试系统组成示意图第三代自动测试系统组成示意图通用硬件通用硬件综上所述综上所述 第二代第二代自动测试系统中自动测试系统中带标准接口的程控仪器是其核心带标准接口的程控仪器是其核心，后发，后发展为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。第三代第三代自动测试系统中，自动测试系统中，计算机计算机和测试工作站是第三代自动测和测试工作站是第三代自动

6、测试系统的试系统的核心核心，后发展为，后发展为以虚拟仪器模式组建的自动测试系统以虚拟仪器模式组建的自动测试系统或称或称CATCAT平台平台。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。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。10.210.2 智能仪器智能仪器（计算机进入仪器）（计算机进入仪器）通常人们把通常人们把内含微处理器和内含微处理器和GPIBGPIB接口的仪器称为智能仪器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，以区别于

7、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，也可以通过可以单独使用，也可以通过GPIBGPIB接口，作为可程控仪器组建自接口，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动测试系统。本教材前面章节中介绍的DDSDDS合成信号源、智能合成信号源、智能频率计和数字电压表频率计和数字电压表等都属于智能仪器。等都属于智能仪器。图图10.7 10.7 智能仪器的硬件结构智能仪器的硬件结构或信号源或信号源测试模块测试模块10.3 10.3 虚拟仪器虚拟仪器（仪器融入计算机）（仪器融入计算机）10.3.1 10.3.1 虚拟仪器的基本概念和特点虚拟仪器的基本概念和特点 虚拟仪器通

8、俗的定义：就是在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通用计算机上加上一组软件和少量硬件量硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台，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看似计算机却是仪器的的“仪器仪器”被称为被称为“虚拟仪器虚拟仪器”。在虚拟仪器系统中，在虚拟仪器系统中，硬件较简单的通用平台，是为了解决信号硬件较简单的通用平台，是为了解决信号的输入输出的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键软件才是整个仪器系统的关键任何一个使用者任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，

9、很方便地改变、增减仪器系统的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，所以有功能与规模，所以有“软件就是仪器软件就是仪器”之说。之说。虚拟仪器受益和依赖于计算机技术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。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帮助功能建立起器等，是由计算机内部强大的图形环境和在线帮助功能建立起来的虚拟面板所替代，人们称之为来的虚拟面板所替代，人们称之为“软面板软面板”；可；可共享计算机共享计算机内部的软、硬件资源内部的软、硬件资源，并借助其完善的数据分析和处理能力，并借助其完善的数据分析和处理能力，实现测试仪器所需

10、的全部测试功能。实现测试仪器所需的全部测试功能。1.1.虚拟仪器的一般结构虚拟仪器的一般结构 图图10.8 10.8 虚拟仪器的一般结构虚拟仪器的一般结构2 2 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较 表表10.1 10.1 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较 传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器功能定义功能定义仪器厂家仪器厂家用户用户技术关键技术关键硬件硬件软件软件功能升级功能升级固定固定通过修改软件进行增减通过修改软件进行增减开放性开放性封闭封闭基于计算机开放系统基于计算机开放系统技术更新技术更新较慢较慢较方便、快较方便、快开发周期开发周期较长较长相对快相对快工作频率工

11、作频率可达较高可达较高受限于受限于A/DA/D或或D/AD/A的速度的速度应用领域应用领域通用测量、计量通用测量、计量大多为测控系统大多为测控系统价价 格格较高较高价格较低且可重复利用价格较低且可重复利用使虚拟仪器不仅是图使虚拟仪器不仅是图10.810.8这种一般结构形式。归纳起来当前虚这种一般结构形式。归纳起来当前虚拟仪器的构成方式主要有拟仪器的构成方式主要有七种类型七种类型，如图所示。，如图所示。图图10.9 10.9 虚拟仪器的构成方式虚拟仪器的构成方式信号调理信号调理数据采集卡数据采集卡GPIBGPIB接口仪器接口仪器VXIVXI仪器仪器PXIPXI仪器仪器串口（串口（USBUSB、R

12、S232RS232、单总线）仪器单总线）仪器现场总线仪器（或设备）现场总线仪器（或设备）GPIBGPIB接口卡接口卡测控对象测控对象LabVIEWLabVIEWLabWindows/CVILabWindows/CVI其它软件开发平台其它软件开发平台PCPC机机/工作站工作站LXILXI仪器仪器10.4 10.4 接口总线及信道接口总线及信道1.PC1.PC机系统机系统并行并行I/OI/O接口总线接口总线 PCPC机内的主板上通常都提供有好几个插槽，这就是机内的主板上通常都提供有好几个插槽，这就是PCPC机的系机的系统总线接口。这种总线种类和性能如表统总线接口。这种总线种类和性能如表10.310

13、.3所示。所示。表表10.3 10.3 几种总线性能几种总线性能 总线总线PC/XTPC/XTISA(AT)ISA(AT)EISAEISAPCIPCIAGPAGP推出时间推出时间19811981年年19841984年年19881988年年19931993年年19961996年年带宽带宽/b/b8 88/168/16323232/6432/646464总线类型总线类型系统总线系统总线系统总线系统总线系统总线系统总线局部总线局部总线管线管线最高时钟频率最高时钟频率/MHz/MHz8 88.38.333336666以上以上蜂值数据传输率蜂值数据传输率/Mbs/Mbs-1-15 53333132132

14、264264或更高或更高带外设能力带外设能力1212121210101 1个图形控制器个图形控制器2.PC2.PC机的机的串行接口串行接口总线总线 表表10.4 10.4 四种串行接口总线的性能四种串行接口总线的性能 总线名称总线名称线线 缆缆传输速率传输速率传输距离传输距离技术规范技术规范主要应用主要应用RS232RS232(串行异步串行异步通信总线通信总线)内含内含9 9线至线至2525线线（据用途选（据用途选用部分线）用部分线）0.010.01至至19kbps19kbps(50-9600(50-9600波特波特)15m15m左右，左右，RS485RS485可可扩至千米扩至千米以上以上EI

15、A EIA RS232C RS232C CCITT CCITT V.24V.24串行数据通信串行数据通信和和PCPC外设外设终端终端1-WIRE1-WIRE(单总线单总线)内含内含2 2线（一根线（一根信号线，一信号线，一根地线）根地线）16.3kbps16.3kbps142kbps142kbps200m200m(可扩展至可扩展至1000m)1000m)单总线协议单总线协议低速测控、低速测控、监测、监管监测、监管及收费系统及收费系统USB(USB(通用通用串行总线串行总线)内含内含4 4线线(一对信一对信号线，一对号线，一对电源线电源线)1.5Mbps1.5Mbps和和12Mbps12Mbps

16、(可升级到可升级到380-380-480Mbps)480Mbps)可拓扑扩展可拓扑扩展低速设备间低速设备间距离距离3m,3m,高速设备高速设备5m5mUSB1.1USB1.1USB2.0USB2.0PCPC机通用机通用外设、数字外设、数字音响、数码音响、数码相机、电话相机、电话IEEE1394IEEE1394(火线火线)内含内含6 6线线(两对信号线，两对信号线，一对电源线一对电源线)100100、200200、400Mbps400Mbps(可升至可升至1.2-3.2Gbps)1.2-3.2Gbps)4.5m4.5m（若（若用光缆可扩用光缆可扩至至100m 100m）IEEE1394IEEE1394-1995(-1995(或或IEC1883)IEC1883)硬盘、光驱、硬盘、光驱、数字音像、数字音像、数码摄像、数码摄像、局域网络局域网络3.3.标准仪器总线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 5种，种，如表如表10.510.5所示。所示。表表10.5 10.5 标准仪器总线标准仪器总线 计算机通用背板总线计算机通