1、第十章第十章 自動測試技術自動測試技術 本章要點本章要點: : 自動測試系統的基本組成和發展概況自動測試系統的基本組成和發展概況 智能儀器和虛擬儀器智能儀器和虛擬儀器 總線接口、測試軟件總線接口、測試軟件 自動測試系統的集成自動測試系統的集成發展方向發展方向自動化自動化智能化智能化網絡化網絡化標準化標準化自動測試系統自動測試系統（ATSATS- -Automatic Test System-Automatic Test System）：能自動）：能自動進行測量、數據處理、傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結進行測量、數據處理、傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結果的系統果的系統 計算機輔助測試計算

2、機輔助測試（CATCAT-Computer Aided Test-Computer Aided Test）系統）系統 10.110.1 自動測試系統自動測試系統（計算機控制儀器）（計算機控制儀器） 10.1.110.1.1 自動測試系統（自動測試系統（CATCAT平臺）的基本組成平臺）的基本組成 通常，自動測試系統由下面五個部分組成：通常，自動測試系統由下面五個部分組成： 控制計算機控制計算機測試軟件測試軟件總線與接口總線與接口測控儀器測控儀器測控對象測控對象10.1.2 10.1.2 自動測試系統的發展概況自動測試系統的發展概況 自動測試技術源于二十世紀自動測試技術源于二十世紀7070年代，

3、發展至今大致可分為三代。年代，發展至今大致可分為三代。 1. 1. 第一代自動測試系統第一代自動測試系統- - 專用型專用型第一代自動測試系統多為專用系統，通常是第一代自動測試系統多為專用系統，通常是針對某項具體任務針對某項具體任務而設計的。而設計的。 圖圖10.2 10.2 早期某型導彈的自動測試系統機輔助測試平臺的系統結構早期某型導彈的自動測試系統機輔助測試平臺的系統結構 2.2.第二代自動測試系統第二代自動測試系統 -臺式儀器積木型臺式儀器積木型第二代自動測試系統典型結構如圖第二代自動測試系統典型結構如圖10.310.3所示。與第一代自動測所示。與第一代自動測試系統的主要不同在于：采用了

4、試系統的主要不同在于：采用了標準化的通用可程控測量儀器標準化的通用可程控測量儀器接口總線（接口總線（IEEE488IEEE488）及可程序控制的儀器和測控計算機（控及可程序控制的儀器和測控計算機（控制器），從而使得自動測試系統的設計、使用和組裝都比較容制器），從而使得自動測試系統的設計、使用和組裝都比較容易。易。 圖圖10.3 10.3 采用采用IEEE488IEEE488標準接口總線的第二代自動測試系統標準接口總線的第二代自動測試系統3.3.第三代自動測試系統第三代自動測試系統 -模塊化儀器集成型模塊化儀器集成型在第三代自動測試系統中，在第三代自動測試系統中，硬件硬件部分大多是部分大多是通用

5、通用的，配備不同的，配備不同的的軟件軟件可以產生不同的可以產生不同的激勵激勵信號和信號和測試測試功能。第三代自動測試功能。第三代自動測試系統目前盡管還處于發展階段。系統目前盡管還處于發展階段。 圖圖10.5 10.5 第三代自動測試系統組成示意圖第三代自動測試系統組成示意圖通用硬件通用硬件合成儀器合成儀器是一種可以重新配置的系統是一種可以重新配置的系統, SIWG , SIWG 的目標是試圖通過分的目標是試圖通過分析儀器的基本功能要素析儀器的基本功能要素, , 給出一個通用的儀器結構。給出一個通用的儀器結構。 x x 上述自動測試系統多為自成一體的封閉結構，不利于系統之間上述自動測試系統多為自

6、成一體的封閉結構，不利于系統之間的交互作用和信息共享。下一代自動測試系統的目標是構建一種開的交互作用和信息共享。下一代自動測試系統的目標是構建一種開放的自動測試系統結構放的自動測試系統結構, ,以適應現代化戰爭中跨軍種、一體化的作戰以適應現代化戰爭中跨軍種、一體化的作戰需要。而需要。而合成儀器合成儀器系統適應了這種需求系統適應了這種需求, ,已公認為是自動測試系統的已公認為是自動測試系統的發展趨勢。發展趨勢。圖圖10.610.6可以看出，由軟件算法可設可以看出，由軟件算法可設計多種信號形式，通過計多種信號形式，通過D/AD/A產生模產生模擬信號，還可經上變頻產生射頻擬信號，還可經上變頻產生射頻

7、（RFRF）信號，也可由軟件產生各種）信號，也可由軟件產生各種數字信號，可實現多通道激勵。經數字信號，可實現多通道激勵。經接口開關加至被測設備（接口開關加至被測設備（DUTDUT）。）。測量路徑類同，模擬信號經調理通測量路徑類同，模擬信號經調理通過過A/DA/D送計算機，射頻信號經下變送計算機，射頻信號經下變頻、頻、A/DA/D轉換后送計算機進行轉換后送計算機進行DSPDSP處理。由此構成一個系統架構組成處理。由此構成一個系統架構組成測試系統。用戶在使用時不需要使測試系統。用戶在使用時不需要使用所有的模塊用所有的模塊, , 選擇不同的模塊組選擇不同的模塊組合可以實現不同的功能。合可以實現不同的

8、功能。綜上所述綜上所述 第二代第二代自動測試系統中自動測試系統中帶標準接口的程控儀器是其核心帶標準接口的程控儀器是其核心，后發，后發展為展為既可以獨立使用又可以組建自動測試系統的智能儀器既可以獨立使用又可以組建自動測試系統的智能儀器。 第三代第三代自動測試系統中，自動測試系統中，計算機計算機和測試工作站是第三代自動測和測試工作站是第三代自動測試系統的試系統的核心核心，后發展為，后發展為以虛擬儀器模式組建的自動測試系統以虛擬儀器模式組建的自動測試系統或稱或稱CATCAT平臺平臺。 下面先分別介紹智能儀器和虛擬儀器，然后介紹總線接口、信下面先分別介紹智能儀器和虛擬儀器，然后介紹總線接口、信道和測試

9、軟件，最后通過幾個例子介紹自動測試系統的集成。道和測試軟件，最后通過幾個例子介紹自動測試系統的集成。 合成儀器合成儀器代表了自動測試系統未來的發展方向代表了自動測試系統未來的發展方向, , 開展對合成開展對合成儀器軟、硬件平臺的研制具有非常重要的意義。儀器軟、硬件平臺的研制具有非常重要的意義。10.210.2 智能儀器智能儀器（計算機進入儀器）（計算機進入儀器）通常人們把通常人們把內含微處理器和內含微處理器和GPIBGPIB接口的儀器稱為智能儀器接口的儀器稱為智能儀器，以區別于傳統的電子測量儀器。這種儀器具備通用的測試功能，以區別于傳統的電子測量儀器。這種儀器具備通用的測試功能，可以單獨使用，

10、也可以通過可以單獨使用，也可以通過GPIBGPIB接口，作為可程控儀器組建自接口，作為可程控儀器組建自動測試系統。本教材前面章節中介紹的動測試系統。本教材前面章節中介紹的DDSDDS合成信號源、智能合成信號源、智能頻率計和數字電壓表頻率計和數字電壓表等都屬于智能儀器。等都屬于智能儀器。 圖圖10.7 10.7 智能儀器的硬件結構智能儀器的硬件結構或信號源或信號源測試模塊測試模塊10.3 10.3 虛擬儀器虛擬儀器（儀器融入計算機）（儀器融入計算機） 10.3.1 10.3.1 虛擬儀器的基本概念和特點虛擬儀器的基本概念和特點 虛擬儀器通俗的定義：就是在虛擬儀器通俗的定義：就是在通用計算機上加上

11、一組軟件和少通用計算機上加上一組軟件和少量硬件量硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設計的專用的傳統電子儀器。這種他自己設計的專用的傳統電子儀器。這種看似計算機卻是儀器看似計算機卻是儀器的的“儀器儀器”被稱為被稱為“虛擬儀器虛擬儀器” 。 在虛擬儀器系統中，在虛擬儀器系統中，硬件較簡單的通用平臺，是為了解決信號硬件較簡單的通用平臺，是為了解決信號的輸入輸出的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵軟件才是整個儀器系統的關鍵任何一個使用者任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統的都可以通過修改軟件的方法，

12、很方便地改變、增減儀器系統的功能與規模，所以有功能與規模，所以有“軟件就是儀器軟件就是儀器”之說。之說。 虛擬儀器受益和依賴于計算機技術虛擬儀器受益和依賴于計算機技術。面板及相應的控件和指示。面板及相應的控件和指示器等，是由計算機內部強大的圖形環境和在線幫助功能建立起器等，是由計算機內部強大的圖形環境和在線幫助功能建立起來的虛擬面板所替代，人們稱之為來的虛擬面板所替代，人們稱之為“軟面板軟面板”；可；可共享計算機共享計算機內部的軟、硬件資源內部的軟、硬件資源，并借助其完善的數據分析和處理能力，并借助其完善的數據分析和處理能力，實現測試儀器所需的全部測試功能。實現測試儀器所需的全部測試功能。 1

13、.1.虛擬儀器的一般結構虛擬儀器的一般結構 圖圖10.8 10.8 虛擬儀器的一般結構虛擬儀器的一般結構2 2 虛擬儀器與傳統儀器的比較虛擬儀器與傳統儀器的比較 表表10.1 10.1 虛擬儀器與傳統儀器的比較虛擬儀器與傳統儀器的比較 傳統儀器傳統儀器虛擬儀器虛擬儀器功能定義功能定義儀器廠家儀器廠家用戶用戶技術關鍵技術關鍵硬件硬件軟件軟件功能升級功能升級固定固定通過修改軟件進行增減通過修改軟件進行增減開放性開放性封閉封閉基于計算機開放系統基于計算機開放系統技術更新技術更新較慢較慢較方便、快較方便、快開發周期開發周期較長較長相對快相對快工作頻率工作頻率可達較高可達較高受限于受限于A/DA/D或或

14、D/AD/A的速度的速度應用領域應用領域通用測量、計量通用測量、計量大多為測控系統大多為測控系統價價 格格較高較高價格較低且可重復利用價格較低且可重復利用使虛擬儀器不僅是圖使虛擬儀器不僅是圖10.810.8這種一般結構形式。歸納起來當前虛這種一般結構形式。歸納起來當前虛擬儀器的構成方式主要有擬儀器的構成方式主要有七種類型七種類型，如圖所示。，如圖所示。 圖圖10.9 10.9 虛擬儀器的構成方式虛擬儀器的構成方式信號調理信號調理數據采集卡數據采集卡GPIBGPIB接口儀器接口儀器VXIVXI儀器儀器PXIPXI儀器儀器串口（串口（USBUSB、RS232RS232、單總線）儀器單總線）儀器現場

15、總線儀器（或設備）現場總線儀器（或設備）GPIBGPIB接口卡接口卡測控對象測控對象LabVIEWLabVIEWLabWindows/CVILabWindows/CVI其它軟件開發平臺其它軟件開發平臺PCPC機機/ /工作站工作站LXILXI儀器儀器10.4 10.4 接口總線及信道接口總線及信道1. PC1. PC機系統機系統并行并行I/OI/O接口總線接口總線 PCPC機內的主板上通常都提供有好幾個插槽，這就是機內的主板上通常都提供有好幾個插槽，這就是PCPC機的系機的系統總線接口。這種總線種類和性能如表統總線接口。這種總線種類和性能如表10.310.3所示。所示。 表表10.3 10.3

16、 幾種總線性能幾種總線性能 總線總線PC/XTPC/XTISA(AT)ISA(AT)EISAEISAPCIPCIAGPAGP推出時間推出時間19811981年年19841984年年19881988年年19931993年年19961996年年帶寬帶寬/b/b8 88/168/16323232/6432/646464總線類型總線類型系統總線系統總線系統總線系統總線系統總線系統總線局部總線局部總線管線管線最高時鐘頻率最高時鐘頻率/MHz/MHz8 88.38.333336666以上以上蜂值數據傳輸率蜂值數據傳輸率/Mbs/Mbs-1-15 53333132132264264或更高或更高帶外設能力帶外

17、設能力1212121210101 1個圖形控制器個圖形控制器2. PC2. PC機的機的串行接口串行接口總線總線 表表10.4 10.4 四種串行接口總線的性能四種串行接口總線的性能 總線名稱總線名稱線線 纜纜傳輸速率傳輸速率傳輸距離傳輸距離技術規范技術規范主要應用主要應用RS232RS232( (串行異步串行異步通信總線通信總線) )內含內含9 9線至線至2525線線（據用途選（據用途選用部分線）用部分線）0.010.01至至19kbps19kbps(50-9600(50-9600波特波特) )15m15m左右，左右，RS485RS485可可擴至千米擴至千米以上以上EIA EIA RS232

18、C RS232C CCITT CCITT V.24V.24串行數據通信串行數據通信和和PCPC外設外設終端終端1-WIRE1-WIRE( (單總線單總線) )內含內含2 2線（一根線（一根信號線，一信號線，一根地線）根地線）16.3kbps16.3kbps142kbps142kbps200m200m( (可擴展至可擴展至1000m)1000m)單總線協議單總線協議低速測控、低速測控、監測、監管監測、監管及收費系統及收費系統USB(USB(通用通用串行總線串行總線) )內含內含4 4線線( (一對信一對信號線，一對號線，一對電源線電源線) )1.5Mbps1.5Mbps和和12Mbps12Mbp

19、s( (可升級到可升級到380-380-480Mbps)480Mbps)可拓撲擴展可拓撲擴展低速設備間低速設備間距離距離3m,3m,高速設備高速設備5m5mUSB1.1USB1.1USB2.0USB2.0PCPC機通用機通用外設、數字外設、數字音響、數碼音響、數碼相機、電話相機、電話IEEE1394IEEE1394( (火線火線) )內含內含6 6線線( (兩對信號線，兩對信號線，一對電源線一對電源線) )100100、200200、400Mbps400Mbps( (可升至可升至1.2-3.2Gbps)1.2-3.2Gbps)4.5m4.5m（若（若用光纜可擴用光纜可擴至至100m 100m

20、）IEEE1394IEEE1394-1995(-1995(或或IEC1883)IEC1883)硬盤、光驅、硬盤、光驅、數字音像、數字音像、數碼攝像、數碼攝像、局域網絡局域網絡3. 3. 標準儀器總線標準儀器總線 目前專門為儀器與自動測試系統設計的標準總線主要有目前專門為儀器與自動測試系統設計的標準總線主要有6 6種，種，如表如表10.510.5所示。所示。表表10.5 10.5 標準儀器總線標準儀器總線 基于以太網的模塊儀器基于以太網的模塊儀器LAN Xtensions for LAN Xtensions for InstrumentInstrumentLXILXI以先進電信運算架構為以先進電

21、信運算架構為基礎的擴展基礎的擴展Adanced TCA ExtensionAdanced TCA ExtensionAXIaAXIa計算機總線計算機總線PCIPCI在儀器領在儀器領域的擴展域的擴展PCI Extension for PCI Extension for InstrumentationInstrumentationPXIPXIVMEVME總線在儀器領域的總線在儀器領域的擴展擴展VMEbus extensions for VMEbus extensions for InstrumentationInstrumentationVXIVXI計算機輔助測量和控制計算機輔助測量和控制Comp

22、uter Aided Computer Aided Measurement And Measurement And ControlControlCAMACCAMAC通用接口總線通用接口總線General Purpose General Purpose Interface BusInterface BusGPIBGPIB（IEEE488)IEEE488)中文含義中文含義英文含義英文含義英文縮寫名稱英文縮寫名稱標準儀器總線的發展歷程標準儀器總線的發展歷程獨立于制造商的獨立于制造商的測量儀器標準測量儀器標準比比VXI價廉價廉，主主要民用要民用，速率速率更高更高VXIbus計算機背計算機背板總線板總線

23、基于基于LAN的測試的測試總線適合于遠程總線適合于遠程測量與控制測量與控制主要應用于臺式主要應用于臺式儀器儀器，靈活易用靈活易用比比GPIB性能更性能更好好，主要用于軍主要用于軍方方基于基于PCI總線的總線的現代版現代版VXI融合了融合了VXI和以和以太網優勢太網優勢70年代年代GPIB80年代年代VXI90年代年代PXI2004年年LXI2009年年AXIa以先進電信運算以先進電信運算架構規范為基礎架構規范為基礎的開放標準的開放標準提供可擴展性提供可擴展性滔足各種平臺滔足各種平臺4. 4. 現場總線現場總線表表10.6 10.6 幾種比較有影響的現場總線性能對照表幾種比較有影響的現場總線性能

24、對照表 FFFFProfibusProfibusHARTHARTCANCANLonWorksLonWorksOSIOSI網絡層次網絡層次1,2,3,81,2,3,81,2,3,1,2,3,1,2,71,2,71,2,71,2,71717通信介質通信介質雙絞線、雙絞線、光纖、光纖、電纜等電纜等雙絞線、雙絞線、光纖光纖電纜電纜雙絞線、雙絞線、光纖光纖雙絞線、電纜、雙絞線、電纜、電力線、光纖、電力線、光纖、無線等無線等介質訪問方介質訪問方式式令牌令牌( (集中集中) )令牌令牌( (分散分散) ) 查詢查詢位仲裁位仲裁P-P CSMAP-P CSMA糾錯方式糾錯方式CRCCRCCRCCRCCRCCR

25、CCRCCRCCRCCRC通信速率通信速率/(h/s)/(h/s)31.25k31.25k31.25k/31.25k/12M12M960096001M1M780k780k最大節點數最大節點數/ /網段網段323212712715151101102 24848優先級優先級有有有有有有有有有有保密性保密性身份認證身份認證本安性本安性是是是是是是是是是是開發工具開發工具有有有有有有有有5.5.信道信道 測控系統的服務范圍也越來越大，局限于一個實驗室內的測試測控系統的服務范圍也越來越大，局限于一個實驗室內的測試系統已不能滿足實用要求，這就要求將各種通信技術應用到測系統已不能滿足實用要求，這就要求將各種

26、通信技術應用到測控領域來。通常用于測控數據傳遞的信道：控領域來。通常用于測控數據傳遞的信道： 有線信道有線信道RS485RS485：1200m 1200m 電話線電話線 電力線電力線互聯網互聯網 無線信道無線信道小電臺小電臺手機短信手機短信 紅外紅外蘭牙蘭牙 無線局域無線局域 無線上網無線上網10.4.2 10.4.2 GPIBGPIB接口總線接口總線GPIBGPIB（General Purpose Interface BusGeneral Purpose Interface Bus）通用標準接口總線。）通用標準接口總線。19721972年由美國年由美國HPHP公司首先提出的，定名為公司首先提

27、出的，定名為HPIBHPIB。之后這套總線相繼為。之后這套總線相繼為IEEEIEEE和和IECIEC認可，認可，并正式頒布了并正式頒布了IEEE488IEEE488和和IEC625IEC625標準文本。我國也制定了相應的國家標準標準文本。我國也制定了相應的國家標準 總線由總線由2424芯無源電纜組成芯無源電纜組成，其中，其中1616條為信號線，其余為屏蔽線和地條為信號線，其余為屏蔽線和地線。線。1616條信號線中有條信號線中有8 8條數據總線，條數據總線，3 3條掛鉤總線和條掛鉤總線和5 5條管理總線。總線條管理總線。總線上最多可掛上最多可掛1515臺儀器臺儀器 系統各器件采用系統各器件采用總

28、線方式連接，總線方式連接，總線連接器包括總線連接器包括插頭和插座插頭和插座 10.4.3 10.4.3 VXIVXI總線總線VXIVXI總線系統結構允許不同生產廠家的各種儀器、接口插板或總線系統結構允許不同生產廠家的各種儀器、接口插板或計算機，以模塊形式共存于同一計算機，以模塊形式共存于同一VXIVXI總線主機箱中。總線主機箱中。 有有ABCDABCD四種尺寸模塊，四種尺寸模塊，C C尺寸模塊應用最廣。尺寸模塊應用最廣。 對對VXIVXI總線系統的控制可以通過主機箱外的總線系統的控制可以通過主機箱外的外部外部控制器（微型控制器（微型計算機），也可以通過嵌入主機箱內的計算機），也可以通過嵌入主機

29、箱內的內部內部控制器。控制器。 內嵌內嵌式控制器及用于連接外部式控制器及用于連接外部計算機的翻譯器和接口都是放計算機的翻譯器和接口都是放置在置在VXIVXI主機箱的零號槽位置。主機箱的零號槽位置。因此，也常稱為因此，也常稱為零槽模塊零槽模塊或或零零槽控制器槽控制器。 VXI VXI VMEbus extensions for Instrumentation VMEVMEbus extensions for Instrumentation VME（計算機通用背板總線計算機通用背板總線 ）總）總線在儀器領域的擴展線在儀器領域的擴展10.4.4 LXI10.4.4 LXI總線總線圖10.22 LXI

30、與現有儀器組成混合系統LANLAN（Local Area NetworkLocal Area Network）是局域網的英文縮寫。）是局域網的英文縮寫。LANLAN是是建立在以太網建立在以太網(Ethernet) (Ethernet) 通信協議標準上，故有時也稱以太網通信協議標準上，故有時也稱以太網。 LXILXI(LAN extensions for instrumentation)(LAN extensions for instrumentation)是指是指LANLAN局域網在儀器領域的擴展。局域網在儀器領域的擴展。 GPIBGPIB、VXIVXI等總線技術在測量儀器領域推行多年，但應用

31、面不廣，除了儀器等總線技術在測量儀器領域推行多年，但應用面不廣，除了儀器界少數專業技術人員掌握使用外，沒有界少數專業技術人員掌握使用外，沒有LANLAN那樣廣泛。那樣廣泛。 產生的過程產生的過程20042004年年9 9月美國安捷倫科技公司和月美國安捷倫科技公司和VXIVXI科技科技公司聯合推出公司聯合推出LXILXI總線總線20052005年年6 6月成立了月成立了LXILXI聯盟。聯盟。20052005年年8 8月正月正式發布了式發布了LXILXI總線標準總線標準1.01.0版，標志著版，標志著LXILXI正正式誕生。式誕生。20062006年年8 8月又推出了月又推出了LXILXI標準標

32、準1.11.1版本版本20062006年年9 9月中國成立了月中國成立了LXILXI總線聯合體總線聯合體推出超過推出超過300300種支持種支持LXILXI的儀器產品的儀器產品 10.510.5 測試軟件測試軟件 在以計算機為核心的自動測試設備（在以計算機為核心的自動測試設備（ATEATE）中，）中， 硬件是基礎，硬件是基礎， 軟件是靈魂。軟件是靈魂。 常用軟件工具：常用軟件工具： BASIC BASIC VB VB VCVCLabVIEWLabVIEW（美國（美國NINI公司產品，圖形化編程方式）公司產品，圖形化編程方式） HP VEEHP VEE（美國（美國HPHP公司產品，圖形化編程方式

33、）公司產品，圖形化編程方式） LabwindowsLabwindowsCVICVI（美國（美國NINI公司產品，公司產品，C C語言及交互式編程）語言及交互式編程） 10.6 10.6 自動測試系統的集成自動測試系統的集成 10.6.110.6.1 自動測試系統集成的步驟自動測試系統集成的步驟 以以VXIVXI總線系統的集成為例：總線系統的集成為例： 1.1.需要確定測試任務，根據要求確定自動測試系統的總體結構需要確定測試任務，根據要求確定自動測試系統的總體結構 框架和測試思路；框架和測試思路； 2.2.根據總體設計思路和設計要求，選擇主機箱，明確電源功率根據總體設計思路和設計要求，選擇主機箱，明確電源功率 和冷卻的要求；和冷卻的要求； 3.3.根據測試系統的應用要求選擇主控計算機和主控計算機的控根據測試系統的應用要求選擇主控計算機和主控計算機的控 制方式。制方式。 4.4.進行進行VXIVXI總線儀器模塊的選擇，根據總體設計方案選擇測試總