自动测试系统 - 四川信息职业技术学院网络大学堂

1、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 制定方案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 7.2.2 智能仪器7.2.1 自动测试技术7.2.3 虚拟仪器 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ATSAutomated 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

2、试系统ATS是一个不断开展的概念，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

3、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。 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

4、，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局部组成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根本组成7.2.2 智能仪器一、概念智能仪器是计算机与电

5、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局部。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：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。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。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

6、、打印、报警控制等多种功能 二、 智能仪器的根本组成 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局部组成。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71所示。被测量模拟量输入输出通信接口人机接口图71 智能仪器的结构框图主机电路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

7、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局部。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

8、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GPIBGeneral 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标准接口系统的根本特征GPIB标准接口包括接口与总线两局部。(1)接口局部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

9、码。(2)总线局部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(b)为GPIB24线总线插座外形结构。图7.3 是各种GPIB24线、卡和接口电路(a通用接口总线接口部分控/讲/听者（计算机）接口部分听/讲者（测量仪器）接口部分听者（信号源）接口部分听者（记录仪）用户编程DUT被测器件硬拷贝IFCATNEQIRENSRQDAVNRFDNDACDIO1DIO8接口管理控制线数据挂钩联络线数据总线1121324(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

10、置本身图73GPIBIEEE-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“

11、控者的功能 。2、GPIB标准接口总线系统的根本特性：1用一条总线互相连接假设干台装置，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，其余那么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

12、功能可分为以下三组：8条双向数据总线DIO1DIO8，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。3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

13、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。5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：ATN(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、用于管理接口局部工作的消息命令、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。 IFC(Interfa

14、ce Clear)接口去除线：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。REN(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。 SRQ(Service Request)效劳请求线：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，就表示向控者提出效劳请求，然后控者通过依次查询确定提出请求的设备。 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，

15、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标准的第一个版本。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

16、速度可以到达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鼓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 100mm160mm高深；厚度200mm可扩展假设干倍，只有P1连接器 B尺寸模块 233.5mm160mm高深；厚度200mm可扩展假设干倍，P1和P2两种连接器 C尺寸模

17、块 233.5mm340mm高深；厚度300mm可扩展假设干倍，P1和P2两种连接器 D尺寸模块 366.7mm340mm高深厚度300mm可扩展假设干倍，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。5VXI总线的电气构成 ：132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

18、6、VXI总线系统器件分类 1以消息为根底器件：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存放器根底器件：支持VXI总线存放器分配图，但不支持VXI总线的通信协议，一般是简单、廉价的器件。3存储器器件 ：具有配置存放器，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总线定义的其它存放器或通信协议，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。 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，其典型系统结构如下图VXI典型系统结构 7、VXI总线典型系统0号槽：放置用于控制VXI总线系统

19、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。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

20、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局部：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

21、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局部组成，一局部是计算机硬件，一局部是仪器硬件。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。他们和软件局部组合在一起构成任何一种用户需要的测试仪器。 1、虚拟仪器的硬件局部：输入局部 - 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。输出局部 - 将量化的数据转换成模拟信号并进行必要的信号调理。数据处理局部 - 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814 虚拟仪器的根本结构 接口电路虚拟仪器工作界面2、软件局部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局部。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资源管理器VXI功能库图8-15 虚拟系统软件根本构成1VXI总线接口软件 它是实现VXI总线虚拟仪器最根底的软件。 资源管理软件执行VXI总线特性、系统的初始化