1、第12章 測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù),12.1 測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)概述 12.2 測(cè)試系統(tǒng)中的通信技術(shù) 12.3 測(cè)試系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)總線 12.4 測(cè)試系統(tǒng)中的硬件平臺(tái) 12.5 測(cè)試系統(tǒng)中的軟件平臺(tái) 12.6 虛擬儀器簡(jiǎn)介,12.1 測(cè)試系統(tǒng)及其集成概述,圖12-1 第三階段自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成示意圖,測(cè)試系統(tǒng)集成的主要內(nèi)容：,確定測(cè)試任務(wù)和需求分析 選擇主控機(jī)和零槽控制器及控制方式 選擇/開(kāi)發(fā)VXI儀器模塊 選擇主機(jī)箱 開(kāi)關(guān)及測(cè)試接口的選擇與設(shè)計(jì) 選擇系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 測(cè)試應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā),12.2 測(cè)試系統(tǒng)中的通信技術(shù),12.2.1串行通信和并行通信 1.串行通信 信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱(chēng)為

2、串行通訊 常見(jiàn)的串行標(biāo)準(zhǔn)是RS232/244/485 2. 并行通信 并行通信是在兩個(gè)設(shè)備之間同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位，它主要用于近距離通信 儀器與計(jì)算機(jī)之間常用的并行通信標(biāo)準(zhǔn)有EPP、SPP等,12.2.2 有線通信和網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù),Internet在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，高檔測(cè)試儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)用，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷等場(chǎng)合得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 利用現(xiàn)有Internet資源，而不需要建立專(zhuān)門(mén)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。 把TCP/IP協(xié)議嵌入現(xiàn)場(chǎng)智能儀器或傳感器中，使信號(hào)的傳輸通過(guò)TCP/IP進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，信息可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，使實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的在線測(cè)控成為現(xiàn)實(shí)。,

3、12.2.3 無(wú)線通信技術(shù),有線的分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備多時(shí)連線十分復(fù)雜，而且適用于系統(tǒng)相對(duì)固定；若系統(tǒng)移動(dòng)至它處時(shí)，需要重新連線；若添加新測(cè)試儀器,需要增加連接線，使用不方便。 無(wú)線通信網(wǎng)的測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)備以無(wú)線方式進(jìn)行通信，設(shè)備之間不需連線，組建系統(tǒng)十分方便。 無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE802.11、HomeRF和藍(lán)牙等,12.3 測(cè)試系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)總線,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)首先要解決互聯(lián)設(shè)備在機(jī)械、電氣、功能上兼容，以保證各種命令和測(cè)試數(shù)據(jù)在互聯(lián)設(shè)備間準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞。 可程控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口總線解決了這一問(wèn)題。 標(biāo)準(zhǔn)接口總線有RS232C，CAMAC，IEEE488，VXI，PXI，IEEE

4、1394及USB總線等。 標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)具體測(cè)試任務(wù)的需要，選用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器（包括計(jì)算機(jī)），組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)也可以隨時(shí)改建或重建。,12.3.1 IEEE488接口總線,由IEEE488接口總線組成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由設(shè)備、接口和總線三部分組成 設(shè)備分為講者、聽(tīng)者、控者。 接口總線包括8根數(shù)據(jù)線、3根掛鉤線、5根管理線和地線。 定義了10種接口功能 屬異步并行總線。 是一種外部總線，適用于一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相距20米以?xún)?nèi)的各設(shè)備之間互連。,圖12-2 由IEEE488接口總線組成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),12.3.2 VXI總線,VXI總線直接源于工業(yè)微機(jī)的VME總線，并在此基礎(chǔ)上

5、擴(kuò)展了儀器需要的鏈?zhǔn)胶托切蝺煞N觸發(fā)總線、時(shí)鐘和同步總線、本地總線、模塊識(shí)別線和模擬信號(hào)線，還補(bǔ)充了儀器需要的幾種供電電源。 VXI系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)并行內(nèi)總線的開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的儀器系統(tǒng)。 VXI總線系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu)、數(shù)傳速率高、體積小、重量輕、功耗少、性?xún)r(jià)比高、易于發(fā)揮計(jì)算機(jī)能力和易于構(gòu)成虛擬儀器等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它的標(biāo)準(zhǔn)化所帶來(lái)的開(kāi)放性和靈活性，受到各界的廣泛重視，獲得了廣泛應(yīng)用, VXI測(cè)試系統(tǒng)硬件,VXI系統(tǒng)的硬件配置主要考慮主機(jī)箱、儀器模塊和控制器的選用 。 控制方式有： GPIB總線控制方式 MXI總線控制方式 內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)（控制器）控制方式,圖12-6 內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī) 控制方

6、式的測(cè)試系統(tǒng),12.4 測(cè)試系統(tǒng)中的硬件平臺(tái),主要包括測(cè)控計(jì)算機(jī)，測(cè)試儀器資源（如VXI儀器模塊，GPIB總線儀器或其它儀器或模塊），標(biāo)準(zhǔn)接口、系列適配器和被測(cè)設(shè)備或單元。上述各部分共同完成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理與采集功能，數(shù)據(jù)分析與處理功能，參數(shù)設(shè)置與結(jié)果表達(dá),圖12-7 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)基本組成,12.5 測(cè)試系統(tǒng)中的軟件平臺(tái),12.5.1 測(cè)試軟件的發(fā)展 軟件技術(shù)在測(cè)試系統(tǒng)中起著越來(lái)越重要的作用，測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)成為以通用硬件為基礎(chǔ)、以測(cè)試軟件為核心的集成系統(tǒng)。 “軟件就是儀器”的思想改變了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的觀念，許多過(guò)去在傳統(tǒng)儀器由硬件完成的功能，可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。,12.5.2 測(cè)試軟

7、件的標(biāo)準(zhǔn)化,在測(cè)試軟件發(fā)展過(guò)程中，初期人們是通過(guò)測(cè)試編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)儀器測(cè)試程序的。測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)人員不僅要了解測(cè)試系統(tǒng)中的接口標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)范，熟悉儀器的各種程控代碼，還必須掌握測(cè)試編程語(yǔ)言的編程方法。 測(cè)試軟件應(yīng)具有開(kāi)放性、可重用性、可擴(kuò)展性 隨著測(cè)試儀器種類(lèi)的不斷增加以及測(cè)試任務(wù)的日益復(fù)雜，使得測(cè)試軟件的標(biāo)準(zhǔn)化成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。,可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI,可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI是為解決可程控儀器編程標(biāo)準(zhǔn)化，1990年儀器制造商國(guó)際協(xié)會(huì)在IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，而制定出的一個(gè)重要的程控儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)。 SCPI全面定義了標(biāo)準(zhǔn)化的儀器程控消息、響應(yīng)消息以及數(shù)據(jù)和狀態(tài)的報(bào)告結(jié)構(gòu)

8、。 基本原則是使測(cè)試軟件編程是面向測(cè)試功能而不是面向儀器，相同的命令控制相同的測(cè)試功能，而不是相同的儀器。 SCPI標(biāo)準(zhǔn)大大提高了儀器的互換性 SCPI提出了三種形式的相容性，即縱向相容性、橫向相容性和功能相容性。,SCPI程控儀器模型，模型中的模塊對(duì)應(yīng)著SCPI命令分層結(jié)構(gòu)中的術(shù)語(yǔ)，其目的不在于指導(dǎo)測(cè)試開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，而是以清晰的信號(hào)流程來(lái)形成SCPI命令集。,圖12-8 SCPI程控儀器模型,儀器驅(qū)動(dòng)器,儀器驅(qū)動(dòng)器也叫儀器驅(qū)動(dòng)程序，是針對(duì)某一特定儀器進(jìn)行控制和通信的一種底層軟件的集合，是測(cè)試應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。 每臺(tái)儀器都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)器。通常是由儀器制造商負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)并免費(fèi)

9、提供給用戶(hù)。,VPP儀器驅(qū)動(dòng)器,即插即用標(biāo)準(zhǔn)（VXI Plug&Play，簡(jiǎn)稱(chēng)VPP），VPP進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了儀器驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了儀器的互操作性、可移植性、可擴(kuò)展性，并向多功能方面發(fā)展。 VPP是由軟件I/O層和儀器驅(qū)動(dòng)器組成。 軟件I/O層是儀器驅(qū)動(dòng)器和應(yīng)用程序的連接層。,虛擬儀器軟件體系（Virtual Instruments Software Architecture，簡(jiǎn)稱(chēng)VISA）,VISA就是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱(chēng)，一般稱(chēng)這個(gè)I/O函數(shù)庫(kù)為VISA庫(kù)，是VPP儀器驅(qū)動(dòng)器中的軟件I/O層。 VISA對(duì)測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)講是一個(gè)可直接調(diào)用的操作函數(shù)集、一個(gè)高層A

10、PI（應(yīng)用程序接口），通過(guò)調(diào)用底層的儀器驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制儀器操作，實(shí)現(xiàn)了I/O接口無(wú)關(guān)性。,VPP儀器驅(qū)動(dòng)器的模型,通過(guò)調(diào)用統(tǒng)一、通用的VISA庫(kù)函數(shù)，并配置相應(yīng)的參數(shù)，就可以控制各種不同接口的儀器。當(dāng)測(cè)試任務(wù)發(fā)生變化，需要更換其它儀器時(shí)，只需更新儀器驅(qū)動(dòng)程序，并相應(yīng)調(diào)整VISA函數(shù)的參數(shù)，而無(wú)需修改應(yīng)用程序的代碼。,圖12-10 VPP儀器驅(qū)動(dòng)模型,可互換虛擬儀器驅(qū)動(dòng)器（Interchangable Virtual Instruments簡(jiǎn)稱(chēng)IVI）模型,IVI標(biāo)準(zhǔn)制定了一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，使測(cè)試軟件系統(tǒng)具有更大的硬件獨(dú)立性，更短的開(kāi)發(fā)周期，更低的維護(hù)和支持費(fèi)用以及更高的運(yùn)行效率。 目前，制定了五類(lèi)

11、儀器的IVI標(biāo)準(zhǔn)：示波器/數(shù)字化儀（IVIScope）；數(shù)字萬(wàn)用表（IVIDmm）；任意波形發(fā)生器/函數(shù)發(fā)生器（IVIFGen）；開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用器/矩陣（IVISwitch）；電源（IVIPower）。 IVI儀器驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括源代碼和狀態(tài)管理庫(kù)兩部分，核心是儀器屬性和狀態(tài)緩存。 和VISA相比，IVI擴(kuò)展了VPP儀器驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)，并具備狀態(tài)緩存、仿真、多線程等特性。,IVI儀器驅(qū)動(dòng)器模型,圖12-11 IVI儀器驅(qū)動(dòng)器模型,12.5.3 測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境,1基于文本模式的測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 早期的測(cè)試軟件采用的是面向過(guò)程的編程語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，如BASIC、C等 2. 基于Windows圖形模式的測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 (1) 可視化編程軟件 在圖形化的操作系統(tǒng)Windows出現(xiàn)以后，可在計(jì)算 機(jī)屏幕上模擬真實(shí)儀器。常用的有Visual C+、Visual Basic