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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),電子測(cè)量原理,第,*,頁,第,12,章 測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù),12.1,測(cè)試系統(tǒng)及其集成概述,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,通常把在最少人工參與下能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量、處理、顯示或輸出測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。,12.1,測(cè)試系統(tǒng)及其集成概述,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成了儀器技術(shù)、總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)。,總線技術(shù)和軟件技術(shù)的進(jìn)步極大地促進(jìn)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展。,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展

2、大致,可分為三個(gè)階段,：,第一代的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)多為不采用標(biāo)準(zhǔn)總線接口構(gòu)成的專用測(cè)試系統(tǒng)，不具有靈活組建的通用性。,第二代的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化的通用可程控測(cè)量?jī)x器接口總線（如,IEEE 488,）,可程序控制的儀器和測(cè)控計(jì)算機(jī)（控制器），從而使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組建和使用都較容易。,第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)：由微型計(jì)算機(jī)、通用硬件和應(yīng)用軟件三部分組成,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,/,開發(fā),VXI,儀器模塊,選擇主機(jī)箱,開關(guān)及測(cè)試接口的選擇與設(shè)計(jì),選擇系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái),測(cè)試應(yīng)用軟件開發(fā),12.2,測(cè)試系統(tǒng)中的通信技術(shù),12.2.1,

3、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為串行通訊。,常見的串行標(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)合得到了越來越廣泛的應(yīng)用。,利用現(xiàn)有,Internet,資源，而不需要建立專門的拓?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,TCP/IP,進(jìn)行，

4、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)。,油井無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),12.2.3,無線通信技術(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。,無線通信網(wǎng)的測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)備以無線方式進(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)

5、確無誤地傳遞。,可程控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口總線解決了這一問題。,標(biāo)準(zhǔn)接口總線有,RS232C,，,CAMAC,，,IEEE488,，,VXI,，,PXI,，,IEEE1394,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,IEEE,488,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

6、線，適用于一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相距,20,米以內(nèi)的各設(shè)備之間互連。,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、性價(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)化所帶來的開放性和靈活性，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)

7、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,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),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

8、觀念，許多過去在傳統(tǒng)儀器由硬件完成的功能，可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。,12.5.2,測(cè)試軟件的標(biāo)準(zhǔn)化,在測(cè)試軟件發(fā)展過程中，初期人們是通過測(cè)試編程語言來編寫儀器測(cè)試程序的。測(cè)試軟件開發(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)試編程語言的編程方法；,測(cè)試軟件應(yīng)具有開放性、可重用性、可擴(kuò)展性,隨著測(cè)試儀器種類的不斷增加以及測(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

9、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)。,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，其目的不在于指導(dǎo)測(cè)試開發(fā)人員進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，而是以清晰的信號(hào)流程來形成,SCPI,命令集。,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)?/p>

10、現(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)開發(fā)并免費(fèi)提供給用戶。,VPP,儀器驅(qū)動(dòng)器,即插即用,標(biāo)準(zhǔn)（,VXI Plug&Play,，,簡(jiǎn)稱,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,VISA,）,VISA,就是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn),I/O,函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱，一般稱這個(gè),I/

11、O,函數(shù)庫為,VISA,庫，是,VPP,儀器驅(qū)動(dòng)器中的軟件,I/O,層。,VISA,對(duì)測(cè)試軟件開發(fā)者來講是一個(gè)可直接調(diào)用的操作函數(shù)集、一個(gè)高層,API,（,應(yīng)用程序接口），通過調(diào)用底層的儀器驅(qū)動(dòng)器來控制儀器操作，實(shí)現(xiàn)了,I/O,接口無關(guān)性。,VPP,儀器驅(qū)動(dòng)器的模型,通過調(diào)用統(tǒng)一、通用的,VISA,庫函數(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)，而無需修改應(yīng)用程序的代碼。,可互換虛擬儀器驅(qū)動(dòng)器（,Interchangable,Virtual Instruments,簡(jiǎn)稱,IVI,）,模型,I

12、VI,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，制定了五類儀器的,IVI,標(biāo)準(zhǔn)：示波器,/,數(shù)字化儀（,IVIScope,）；,數(shù)字萬用表（,IVIDmm,）；,任意波形發(fā)生器,/,函數(shù)發(fā)生器（,IVIFGen,）；,開關(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。,VPP,儀器驅(qū)動(dòng)器模型,12.5.3,測(cè)試軟件開發(fā)環(huán)境,1,基于文本模式的測(cè)試軟件開發(fā)環(huán)境,早期的測(cè)試軟件采用的是面向過程的編程語言來開發(fā)，如,BASIC,、,C,等。,2,基于,Windows,圖形模式的測(cè)試軟件開發(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,等有代表性的用于測(cè)試軟件開發(fā)的可視化編程軟件是,LabWindows,/CVI,(2),圖形化編程軟件：,具有代表性的是,LabVIEW,和,VEE,12.6,虛擬儀器簡(jiǎn)介,虛擬儀器的結(jié)構(gòu),軟,面板,計(jì)算機(jī),