1、測試（自動(dòng)）系統(tǒng)集成技術(shù) 測試（自動(dòng)）系統(tǒng)集成技術(shù)* 教材：陳長齡等：自動(dòng)測試及接口技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版業(yè) 2004.11* 參考書：張世箕等：自動(dòng)測試系統(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) 第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義一 、自動(dòng)測試的概念、自動(dòng)測試的概念n1、什么是測量？測試？計(jì)量？n2、什么是測量技術(shù) ？n3 3、電子測量（試 ）儀器（ 設(shè)備）？n4 、測試系統(tǒng)，手動(dòng)測試系統(tǒng) ？n5、自動(dòng)測試（系統(tǒng)）？第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n1、什么是測量？嚴(yán)密的講： 把待測量直接或間接地與另一個(gè)同類的已知量相比較，拿這

2、個(gè)已知量作為計(jì)量單位，定出被測量是該單位的若干倍或幾分之幾，這種實(shí)驗(yàn)過程就是測量。 換而言之，測量就是通過實(shí)驗(yàn)來求出被測量與計(jì)值單位的比值。*“測量是認(rèn)識(shí)自然界的主要工具”； *“有測量，才有科學(xué)”。n測試？計(jì)量？第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n2、什么是測量技術(shù) ？ 測試中所采用的原理、方法和技術(shù)措施稱為 測量（試）技術(shù) 。n3 3、電子測量（試 ）儀器（ 設(shè)備）？ 基于某種測量技術(shù)，利用電子器件和線路技 術(shù)組成的裝置，用以測量各種電磁參量或產(chǎn)生供測量用的電信號(hào)，稱為電子測量儀器。 電子儀器配上適當(dāng)?shù)膿Q能器（傳感 器）能測量幾 乎一切非電物理量，泛指測試 儀器（ 設(shè)

3、備）。 第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n4 、測試系統(tǒng)， 習(xí)慣上，將為完成某項(xiàng)測試任務(wù)而按某種規(guī)則有機(jī)構(gòu)造的互相聯(lián)接起來的一套測試儀器（設(shè)備）稱為測試系統(tǒng)。這是狹義的測試系統(tǒng)，廣泛的測試系統(tǒng)還應(yīng)包括測量者（人員）、測試對(duì)象、和測試環(huán)境。n 手動(dòng)測試系統(tǒng) ？ 一個(gè)測試系統(tǒng)，由人工操作完成特定測試任務(wù)，稱為手動(dòng)測試系統(tǒng)。 第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義5、自動(dòng)測試系統(tǒng)： 使用具有一定自動(dòng)化能力的測試系統(tǒng)進(jìn)行的測量和實(shí)驗(yàn)，稱為自動(dòng)測試 （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

4、，控制測試過程并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理直至以適當(dāng)方式給出測試結(jié)果的測試系統(tǒng)稱為自動(dòng)測試系統(tǒng)（Automated Test System ATS）或自動(dòng)測試設(shè)備（Automated Test Equipment ATE）。 第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n最初的自動(dòng)測試系統(tǒng)：掃頻測試系統(tǒng)n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)測試系統(tǒng)的發(fā)展。第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n為軍事目的而提出的“萬能自動(dòng)測試系統(tǒng)”n美國國防部1956年SETE計(jì)劃：n不依靠任何文獻(xiàn)（被測件技術(shù)說明書、儀器手冊(cè)、測試手冊(cè)）n非熟練人員進(jìn)行幾乎全自動(dòng)的操作n以電子計(jì)算機(jī)的速

5、度進(jìn)行測試n通過編程的靈活性，適應(yīng)任何具體的測試任務(wù)n缺點(diǎn)：n雖然對(duì)測試人員的測試技能的要求降低，但對(duì)其測試編程能力的要求提高；n技術(shù)資料雖然由測試軟件取代，但軟件文檔仍然很大；n成果：n促進(jìn)了自動(dòng)測試系統(tǒng)的發(fā)展第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義n 圖圖1-1 1-1 測量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測試系統(tǒng)測量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測試系統(tǒng) 開關(guān)器開關(guān)器可程控信號(hào)發(fā)生器被測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)測試系統(tǒng)第一節(jié) 自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動(dòng)測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義二、自動(dòng)測試的意義二、自動(dòng)測試的意義n大批量的產(chǎn)品，沒有自動(dòng)測試系統(tǒng)，也是難以想象

6、的； n人們無法進(jìn)入的有損測試人員健康的場所； n可無人值守了；n工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化已在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用； n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； n依靠具有計(jì)算、處理能力的控制器，獲得極寬的測量頻率和動(dòng)態(tài)范圍；n達(dá)到多參數(shù)、多功能的測試效果； n消除或削弱隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，獲得極高的測量精確度； n帶來重大的經(jīng)濟(jì)效果； n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 ；n科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步有賴于測試 。第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)n 從自動(dòng)測試系統(tǒng)概念出發(fā)，可以抽象出現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)模型的構(gòu)造要素:可程控測試儀器、測試控制機(jī)、

7、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)測試應(yīng)用軟件測試編程語言操作系統(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)字總線測試控制機(jī)測試軟件系統(tǒng)數(shù)字接口總線系 統(tǒng)圖1-2 自動(dòng)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)n1可程控測試設(shè)備 （1）可程控操作 （2）有接口功能區(qū) n2測試控制器 n 在功能上:測試控制器應(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)測試系統(tǒng)的測試設(shè)備操作控制能力。 n 在構(gòu)成上:硬件方面必須配有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口，以便同測試設(shè)備相容互聯(lián)；軟件系統(tǒng)中含有測試應(yīng)用軟

8、件開發(fā)環(huán)境。第二節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)n3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口總線系統(tǒng) n 互聯(lián)的設(shè)備與設(shè)備（或說系統(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。 n 為了在開放式互聯(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)。n4測試應(yīng)用軟件及其開發(fā)環(huán)境 n測試應(yīng)用軟件 n軟件開發(fā)手段:是指測控計(jì)算機(jī)提供的操作系統(tǒng)、測試擴(kuò)充高級(jí)編程語言、數(shù)據(jù)處理工具軟件和程序故障診斷軟件等。n測試應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境 第三節(jié) 程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議n 程控設(shè)備互聯(lián)協(xié)議（或模型）問題，可用圖1-3描述?？梢詺w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

9、及SCPIADCBIEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)DABCIEEE488.2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公用命令和詢問語法和數(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)字接口總線一、數(shù)字接口總線n1接口與接口系統(tǒng) n 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n 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)。 n2數(shù)字接

10、口總線的發(fā)展 如表1-1，在測試領(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、二、程控設(shè)備的器件數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化程控設(shè)備的器件數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化n程控設(shè)備器件數(shù)據(jù)編碼、格式、語義的非標(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。n“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)。n1990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)語義時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)范

11、。第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型一一、 關(guān)于自動(dòng)測試系統(tǒng)分類關(guān)于自動(dòng)測試系統(tǒng)分類 n從接口總線特性出發(fā)劃分自動(dòng)測試系統(tǒng)類別： 專用自動(dòng)測試系統(tǒng)；半專用自動(dòng)測試系統(tǒng)；第二代（現(xiàn)代）自動(dòng)測試系統(tǒng)。n而現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)分類如下:n基于GPIB數(shù)字接口總線(也含RS232、等): 積木式自動(dòng)測試系統(tǒng)。 n基于VXI、CAMAC、PXI數(shù)字接口總線： 模塊式自動(dòng)測試系統(tǒng)。n基于嵌入式p內(nèi)總線：智能化儀器系統(tǒng)。n基于多數(shù)字接口總線： 多總線融合式自動(dòng)測試系統(tǒng)。第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型二、二、 積木式自動(dòng)測試系統(tǒng)積木式自動(dòng)測試系統(tǒng)n基于GPIB可程控測試設(shè)備數(shù)字接口總線組建的自動(dòng)測試系統(tǒng)，稱為積木式自動(dòng)測

12、試系統(tǒng)。如圖1-1所示意的自動(dòng)測試系統(tǒng) ，或稱“迭疊式自動(dòng)測試系統(tǒng)”。 n主要特點(diǎn)是：n（1）測試系統(tǒng)組建靈活、方便，GPIB設(shè)備利用率高。n（2）測試系統(tǒng)規(guī)模較小，如：最多不能超過15臺(tái)設(shè)備，總線長度小于20米。n（3）總線型連接方式，組建方便、可靠性好。n（4）數(shù)據(jù)（比特）并行傳輸，傳輸速率較低。n（5）組建成測試系統(tǒng)的設(shè)備資源冗余量較大。nGPIB積木式自動(dòng)測試系統(tǒng)是小型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究測試系統(tǒng)。 第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型n圖圖1-1 1-1 測量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測試系統(tǒng)測量頻率響應(yīng)的自動(dòng)測試系統(tǒng) 開關(guān)器開關(guān)器可程控信號(hào)發(fā)生器被測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

13、機(jī) GPIB,RS232,第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型三三、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) n含有P系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)）的儀器，如最早的美國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)電子測量儀器相比，含有P的儀器不但具有測試功能，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。n 將含P的儀器稱為“Smart Instruments”，或“Instruments based microcomputer”更貼切些。n 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

14、器系統(tǒng)。 第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型n 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pcVin2EXTpcACQEN光耦TRIARMSYSTRIACQENfwfwfsfs硬盤驅(qū)動(dòng)固態(tài)電子盤pcpcpcpcpcGPIB總線Vin1CH1（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CPUROMDRAMSSDVGAFDDIDEPS2COM1COM2GPIB口TFT屏軟盤驅(qū)動(dòng)鍵盤、鼠標(biāo)儀器面板盤信號(hào)采集測試功能嵌入式P監(jiān)控系統(tǒng)DOS監(jiān)控程序第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型四四、模塊式儀器系統(tǒng)、模塊式儀器系統(tǒng)n

15、程控儀器標(biāo)準(zhǔn)外總線測控計(jì)算機(jī)=積木式自動(dòng)測試系統(tǒng)n 測試功能件內(nèi)總線嵌入式P系統(tǒng)=智能化儀器系統(tǒng) n 將儀器中的測試功能電路板模塊（插件）化，插入計(jì)算機(jī)內(nèi)總線槽上，組建計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)。1980年某些儀器廠家研制單卡儀器（IACInstrumentsonacard），就是最早的模塊式計(jì)算機(jī)內(nèi)總線儀器系統(tǒng)。n1989國際上VXIbus聯(lián)合體推出“VMEbus eXtensions for Instrumentation VXIbus system Specification. Revision 1.3” ,電子測量領(lǐng)域內(nèi)的模塊式儀器自動(dòng)測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線規(guī)約 第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型n圖1-

16、5為一個(gè)VXI模塊式儀器系統(tǒng)示意圖。n 第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型五五、 虛擬儀器系統(tǒng)虛擬儀器系統(tǒng) n 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。n 虛擬儀器基本要素為：可重配置的測試功能模塊硬件集合體（或稱是硬件平臺(tái)），虛擬儀器軟件包（或稱操作軟件平臺(tái)）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)與硬件集合體的互聯(lián)總線，如圖1-6所示。n 第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型n 圖1-6 虛擬儀器基本要素示意圖n 輸出信號(hào)信號(hào)輸入總線操作軟件平臺(tái)操作軟件平臺(tái)應(yīng)用軟件包應(yīng)用

17、軟件開發(fā)環(huán)境C、VB、LabViewLabwindows/CVI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)儀器硬件平臺(tái)儀器硬件平臺(tái)DACDSPADCMEMVXIbus、GPIB接口驅(qū)動(dòng)軟件儀器驅(qū)動(dòng)器虛擬儀器基本要素示意圖第四節(jié) 現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)類型n 將完整儀器模塊組合在一起，配以適當(dāng)?shù)奶摂M儀器軟件，可以組建成龐大的多功能、多參數(shù)、高性能的自動(dòng)測試系統(tǒng)。在某些場合下，由原始功能模塊構(gòu)成小系統(tǒng)，借以軟件來重新組合，可以模擬某些特定的儀器。例如圖1-7n 電壓表SHADCDSP示波器頻 譜儀 DACADSP脈沖發(fā)生 函數(shù)發(fā)生 任意波發(fā)生 圖1-7 虛擬儀器功能示意圖15.60A第五節(jié) 網(wǎng)絡(luò)化測試技術(shù)n兩個(gè)問題擺在測試工程師面前：

18、 （1）異地測試系統(tǒng)間通信怎樣解決？ （2）GPIB和VXIbus是測試領(lǐng)域?qū)Ｓ媒涌诳偩€，計(jì)算機(jī)是通用的工業(yè)產(chǎn)品。通用的計(jì)算機(jī)發(fā)展快、價(jià)格低、測試專用總線發(fā)展慢、成本高。兩者在發(fā)展上無法匹配？n 從拓展測試設(shè)備定義的角度出發(fā)，將從任何地點(diǎn)、在任何時(shí)間都能夠獲取到測量數(shù)據(jù)的所有硬件、軟件條件的有機(jī)集合，稱為“網(wǎng)絡(luò)化測試儀器”。n 使用網(wǎng)絡(luò)化測試設(shè)備，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)化測試環(huán)境，需要解決那些問題呢？先舉個(gè)例子來說明。NI公司為用戶提供了一種Ethernet-GPIB控制器: NI GPIB-ENET/100。使用連接方式如圖1-8示第五節(jié) 網(wǎng)絡(luò)化測試技術(shù)n 圖1-8示 EthernetInternet網(wǎng)絡(luò)GPIB-ENET/100GPIB總線儀器1儀器nGPIB-ENET/100儀器1儀器nPC工作站EthernetEthernetIntranet應(yīng)用GPIB總線第五節(jié)