学习任务7：自动测试系统的运行 7.1 接受任务 7.2 获取知识 7.3 制定计划 7.4 实施测试 7.5 检查测试结果 7.6 评价

7.1 接受任务

7.2 获取知识 7.2.1 自动测试技术 7.2.2 智能仪器 7.2.3 虚拟仪器

7.2.1 自动测试技术概述 一、什么是自动测试技术： 通常将在计算机控制下，能自动进行各种信号测量、数据处理、传输，并以适当方式显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统，简称ATS（Automated Test System），这种技术我们称之为自动测试技术。在自动测试系统中，整个工作都是在预先编制好的测试程序统一指挥下完成的，系统中的各种仪器和设备是智能化的，都可进行程序控制。

自动测试系统（ATS）是一个不断发展的概念，随着各种高新技术在检测领域的运用，它不断被赋予各种新的内容和组织形式。自动测试技术创始于20世纪50年代，从20世纪50年代至21世纪的今天，大致分为以下三代。

1、 第一代自动测试系统 第一代自动测试系统多为专用系统，往往是针对某项具体测试任务而设计的，主要用计算机技术来进行逻辑定时控制，主要功能是进行数据自动采集和自动分析，完成大量重复数据的测试工作，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，因此系统较为复杂，通用性差，不利于自动测试系统的推广应用。

2、第二代自动测试系统 第二代自动测试系统是尽可能利用现成的仪器设备，再利用计算机来共同组建成所需要的自动测试系统。为了系统组建方便，第二代自动测试系统中的仪器采用了标准化的通用接口，这样就可以把任何一个厂家生产的任何型号的可程控仪器连接起来形成一个自动测试系统。 （1）特点 ①采用标准化的通用接口(如见书P158页的IEEE 488、GPIB、IEC-625、和VXI等总线)

注意：标准接口总线一般有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。

②优点：重量轻，体积小，兼容性好，充分利用了计算机系统，建立了“即插即用”系统联盟，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。 应用：广泛地应用于电子、通信、航空电子、汽车、医疗设备的测试。 图8-1 自动测试系统示意图

3、第三代自动测试系统 设计目标：充分发挥计算机的能力，使整个自动测试系统简化到仅由计算机、虚拟仪器软件和硬件接口模块三部分组成 1987年推出了一种名为VXI的新型计算机仪器系统总线标准后，出现了基于VXI总线的模块化自动测试系统以及虚拟仪器。 甚至完全有计算机和软件来代替仪器和电路。例如：EWB系统等等。P159页

第三代自动测试系统的基本组成

7.2.2 智能仪器

一、概念 智能仪器是计算机与电子技术相结合的产物，以微处理器为核心，代替常规电子线路，具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能。 配有标准接口，可以参与自动测试系统的组建。 智能仪器的组成包括硬件和软件两大部分。

2、优点： 性能好，功能强大，具有自动量程转换、自动校准、自动检测、甚至具有自动转换设备进行维修等能力。 3、特点： ①强大的控制能力；智能仪器用键盘代替传统仪器的旋钮、按键和开关等，简化操作，实现测量、自检、数据处理、显示及打印等多种功能。 ②强大的数据处理功能；对数据的处理精度高，种类多，自动化程度高，能对复杂的信号进行分析和处理。 ③实现仪器功能的多样化；可以检测电路的网络参数，显示各种数据和图形，可以进行自动记录、打印、报警控制等多种功能

二、 智能仪器的基本组成 智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它由硬件和软件两大部分组成。 1、硬件： 硬件主要包括主机电路（CPU、存储器、总线BUS 、各种I/O接口），模拟量输入输出通道（输人/输出通道和A/D转换器）、人机接口（仪器面板键盘、开关、按钮、显示器）和标准通信接口电路等，其结构图如图7——1所示。

主机电路 被测量 人机接口 通信接口 模拟量输入输出 图7——1 智能仪器的结构框图

1）主机电路用来存储程序与数据，并进行一系列的运算和处理，参与各种功能控制。通常由微处理器、程序存储器、输入输出（I/O）接口电路等组成，或者本身就是一个单片微型计算机。 （2）模拟量输入输出通道用来输入输出模拟量信号，实现模拟量与数字量之间的变换。主要由A/D变换器、D/A变换器和有关的模拟信号处理电路等组成。 （3）人机接口用来沟通操作者与仪器之间的联系，主要由仪器面板上的键盘和显示器等组成。 （4）标准通信接口用来实现仪器与计算机的联系，使仪器可以接受计算机的程控命令，一般情况下，智能仪器都配有GPIB（或RS232C）等标准通信接口。

2. 软件 软件即程序，主要包括监控程序和接口管理程序两部分。 监控程序面向仪器面板和显示器，负责完成如下工作：通过键盘操作，输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数；通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置；对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理；以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。 接口管理程序主要面向通信接口，负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以响应计算机的远程控制命令。

三、 GPIB标准接口总线系统 GPIB（General Purpose Interface Bus）即通用接口总线，是国际通用的仪器接口标准。一般情况下，智能仪器都配有GPIB标准接口。 1. GPIB标准接口系统的基本特征 GPIB标准接口包括接口与总线两部分。 (1)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。 (2)总线部分是一条无源多芯电缆，用于传输各种信息和数据。

图7.2(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，DUT—为被测器件。

图7.2 GPIB标准接口总线系统及GPIB24线总线插座 通用 接口 总线 接口部分 控/讲/听者 （计算机） 听/讲者 （测量仪器） 听者 （信号源） （记录仪） 用户编程 DUT 被测器件 硬拷贝 IFC ATN EQI REN SRQ DAV NRFD NDAC DIO1 DIO8 ～ 接口管理 控制线 数据挂钩 联络线 数据总线 1 12 13 24 (b） 图7.2 GPIB标准接口总线系统及GPIB24线总线插座 仪器装置接口 仪器装置本身 (a）

图7——3GPIB（IEEE-488）卡和转换线接口

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信息的装置，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。例如，系统中的计算机可以兼顾实现“讲者”、“听者”与“控者”的功能 。

2、GPIB标准接口总线系统的基本特性： （1）用一条总线互相连接若干台装置，组成一个自动测试系统，系统中装置的数目最多不超过15台，总线长度不超过15米。 （2）数据传输采用并行比特，串行字节双向异步传送方式，最大速度不超过1MB/S。 （3）总线上传输的信息为负逻辑。 （4）地址容量：单字节地址：31个讲地址，31个听地址。双字节地址：961个讲地址，961个听地址。 （5）一般适用于实验室和生产现场。

3. GPIB标准接口的总线结构 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8.2(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： ①8条双向数据总线（DIO1～DIO8），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。 ②3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。 • 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 Accepted)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。 ③5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：

①ATN(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），所有听者都必须听。 • ②IFC(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。 •③REN(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。 • ④SRQ(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。 •⑤ EQI(End Or Identify)结束或识别线：此线与ATN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。

四、 VXI总线系统 (一)、概述 20世纪80年代后期，仪器制造商发现GPIB总线和VME总线产品无法再满足军用测控系统的需求了。在这种情况下，HP等五家国际著名的仪器公司成立了VXIbus联合体，并于1987年发布了VXI规范的第一个版本。几经修改和完善，与1992年被IEEE接纳为IEEE-1155-1992标准。

VXI总线插件

(二)、VXI总线系统的主要优点： 1、满足了插件式仪器的标准化要求。为模块仪器组成系统提供了方便。 2、满足了小型化和便携性的要求。 3、满足了提高测试速度的要求。GPIB的传输速度为1MB/S，而VXI的传输速度可以达到40MB/S。 4、满足了适应性和灵活性的要求。 5、满足了降低系统费用的要求。 总之，VXI系统便于发挥计算机的巨大潜力，适应直接用于计算机产生激励信号和测试功能的测试系统。

(三)、VXI总线的机械结构： 1、最多可以包含256个器件，每个器件都有唯一的地址单元 。 2、允许有A、B、C、D四种尺寸的模块，并把模块插入特制的主机箱内各插槽中，系统组建就像插放和更换书籍一样灵活、方便。 3、 VXI总线模块尺寸 A尺寸模块 100mm×160mm（高×深）；厚度200mm（可扩展若干倍），只有P1连接器 B尺寸模块 233.5mm×160mm（高×深）；厚度200mm（可扩展若干倍），P1和P2两种连接器

C尺寸模块 233.5mm×340mm（高×深）；厚度300mm（可扩展若干倍），P1和P2两种连接器 D尺寸模块 366.7mm×340mm（高×深）厚度300mm（可扩展若干倍），具有P1、P2和P3三种连接器。 4、VXI的主机架 VXI总线都被印制在主机箱内的多层背板上，通过P1、P2、P3连接器与器件连接。每个连接器都有有96个引脚，分为A、B、C三列，每列32个引脚。

5．VXI总线的电气构成 ： （1）32位VME计算机总线 （VME总线，Versamodel Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线 ） （2）时钟和同步总线 （3）电源总线 （4）触发总线 （5）本地总线 （6）模块识别线 （7）相加总线 6、VXI总线系统器件分类 （1）以消息为基础器件：支持VXI总线配置和通信协议，一般是具有通信能力的本地智能器件。 （2）寄存器基础器件：支持VXI总线寄存器分配图，但不支持VXI总线的通信协议，一般是简单、便宜的器件。

（3）存储器器件 ：具有配置寄存器，并包含一定的存储器器件的特征。 　如存储器类型和存取时间等，但不具有VXI总线定义的其它寄存器或通信协议，如RAM或ROM卡。 （4）扩展器件：允许将来定义更新种类的器件，以支持更高级的兼容性。

7、VXI总线典型系统 VXI总线系统可以包含一个或多个子系统，每个系统最多可以有13个模块，其典型系统结构如图所示 0号槽：放置用于控制VXI总线系统的内嵌式控制器及用于连接外部计算机的翻译器和接口常称为0槽控制器。 VXI典型系统结构

说明：1、0槽控制器：还必须有公共系统资源及资源管理的功能，以实现对公共时钟信号、触发信号、模块识别信号、中断优先及中断响应等信号的驱动和管理。 2、一台配备GPIB控制功能的计算机可以通过GPIB-VXI翻译器就能以控制GPIB仪器的方式去控制VXI总线仪器。它具有如下功能： 1）.将GPIB仪器程控代码转换为VXI命令，并在VXI主机箱内实时执行； 2）.通过GPIB控制0槽资源管理器； 3）.完成GPIB协议和VXI协议间的翻译，用GPIB控制VXI总线仪器； 4）.扩展内置局部命令集，访问GPIB或RS-232端口。

7.2.3 虚拟仪器

一、概述： 虚拟仪器概念是为了适应PC卡式仪器而提出的。众所周知，传统仪器主要包括三个部分：数据采集与控制、数据分析和数据显示。而PC卡式仪器由于自身不带仪器面板，因此必须借助于PC机作为其数据分析而显示的工具。利用PC机强大的图形环境和在线帮助功能，建立图形化虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示。这种包括实际仪器使用、操作信息的软件与PC 机结合构成的仪器就称为虚拟仪器。它与传统仪器的比较如表1。 “软件就是仪器”是虚拟仪器的内涵。

对比项目 虚拟仪器 传统仪器 技术实现核心 软 件 硬 件 开发和维护费用 低 高 技术更新周期 短 长 可配置性 强 功能单一、可配置性差 数据处理 可编辑、存储、打印 无法直接处理 通讯实现 易于与其它设备通讯 不易实现通讯 功能实现 由用户自己定义 由厂家预先定义 表1 虚拟仪器与传统仪器的比较

二、虚拟仪器主要由硬件和软件组成。 虚拟仪器的硬件结构主要由两部分组成，一部分是计算机硬件，一部分是仪器硬件。仪器硬件和计算机硬件一起工作，用来采集数据、提供源信号和控制信号，例如数据采集卡。他们和软件部分组合在一起构成任何一种用户需要的测试仪器。

1、虚拟仪器的硬件部分： ①输入部分 --- 进行信号调理并将输入的被测模拟信号转换成数字信号以便于处理。 ②输出部分 ---- 将量化的数据转换成模拟信号并进行必要的信号调理。 ③数据处理部分 --- 通常一个微处理器或数字信号处理器（DSP）,使仪器按测试要求完成各种处理功能。 图8-13 虚拟仪器实例

图8—14 虚拟仪器的基本结构

接口电路 虚拟仪器工作界面

2、软件部分 虚拟仪器的软件结构如图8-15所示，对VXI总线而言的虚拟仪器软件主要包括三部分。   应用软件开发环境 仪器驱动器软件 VXI总线接口软件 交互式 控制器 资源 编辑器 管理器 VXI 功能库 图8-15 虚拟系统软件基本构成

1）．VXI总线接口软件 它是实现VXI总线虚拟仪器最基础的软件。

③交互式控制工具使用户能够交互监控VXI总线背板和器件，并在开发过程中通过它调试VXI总线系统； ④VXI总线功能库涉及到VXI总线的低层通信协议，为用户控制VXI总线系统提供多种功能调用。

2）．仪器驱动器 它是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序，是用户软件的一部分，是VXI总线虚拟仪器的核心。其包括： ①操作接口 提供了一个虚拟仪器面板，用户通过对该面板控制完成对仪器的操作； ②编程接口 能将仪器虚拟面板的相应操作转换成仪器的代码，以实现对仪器驱动的功能调用。

③I/O接口 提供了仪器驱动器与仪器的通信能力； ④功能库 描述了仪器驱动器所能完成的测试功能； ⑤子程序接口 使得仪器驱动器在运行时能调用它所需要的软件模块。

3．应用软件开发环境 它将计算机的数据分析和显示能力与仪器驱动器融合在一起，为用户开发虚拟仪器提供了必须的软件工具与环境。 目前，有两类虚拟仪器的开始环境，一是传统编程语言，如LabWindows；另一是图形编程语言，如LabVIEW。

本 章 小 节 本章主要介绍了自动测量技术与现状。早期的自动测量主要用于大量重复测试、可靠性测试和测试速度要求较高以及测试人员难于停留的场合，其缺点是系统组建者需要自行解决仪器、仪器与计算机之间的接口问题，所需要费用昂贵，而且接口不具备通用生，因此系统的适应性不强。 GPIB是由HP公司提出的测试系统的通用标准接口总线。 虚拟仪器集中管理体现一种崭新的仪器设计理念。在虚拟仪器中，计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一个有机整体。

搭建自动测试系统计划单

搭建自动测试系统实施单

搭建自动测试系统检查评价

评价