第十章自動測試技術本章要點:·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·總線接口、測試軟件·自動測試系統的集成發展方向自動化智能化網絡化標準化自動測試系統（ATS---AutomaticTestSystem）：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果的系統計算機輔助測試（CAT---ComputerAidedTest）系統10.1自動測試系統（計算機控制儀器）

10.1.1自動測試系統（CAT平臺）的基本組成通常，自動測試系統由下面五個部分組成：控制計算機測試軟件總線與接口測控儀器測控對象10.1.2自動測試系統的發展概況自動測試技術源于二十世紀70年代，發展至今大致可分為三代。1.第一代自動測試系統----專用型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而設計的。圖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2.第二代自動測試系統----臺式儀器積木型第二代自動測試系統典型結構如圖10.3所示。與第一代自動測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接口總線（IEEE488）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易。圖10.3采用IEEE488標準接口總線的第二代自動測試系統3.第三代自動測試系統----模塊化儀器集成型在第三代自動測試系統中，硬件部分大多是通用的，配備不同的軟件可以產生不同的激勵信號和測試功能。第三代自動測試系統目前盡管還處于發展階段。圖10.5第三代自動測試系統組成示意圖通用硬件合成儀器是一種可以重新配置的系統,SIWG的目標是試圖通過分析儀器的基本功能要素,給出一個通用的儀器結構。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,以適應現代化戰爭中跨軍種、一體化的作戰需要。而合成儀器系統適應了這種需求,已公認為是自動測試系統的發展趨勢。圖10.6可以看出，由軟件算法可設計多種信號形式，通過D/A產生模擬信號，還可經上變頻產生射頻（RF）信號，也可由軟件產生各種數字信號，可實現多通道激勵。經接口開關加至被測設備（DUT）。測量路徑類同，模擬信號經調理通過A/D送計算機，射頻信號經下變頻、A/D轉換后送計算機進行DSP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用所有的模塊,選擇不同的模塊組合可以實現不同的功能。綜上所述第二代自動測試系統中帶標準接口的程控儀器是其核心，后發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。第三代自動測試系統中，計算機和測試工作站是第三代自動測試系統的核心，后發展為以虛擬儀器模式組建的自動測試系統或稱CAT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。合成儀器代表了自動測試系統未來的發展方向,開展對合成儀器軟、硬件平臺的研制具有非常重要的意義。10.2智能儀器（計算機進入儀器）通常人們把內含微處理器和GPIB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，可以單獨使用，也可以通過GPIB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DDS合成信號源、智能頻率計和數字電壓表等都屬于智能儀器。圖10.7智能儀器的硬件結構或信號源測試模塊10.3虛擬儀器（儀器融入計算機）

10.3.1虛擬儀器的基本概念和特點虛擬儀器通俗的定義：就是在通用計算機上加上一組軟件和少量硬件，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的“儀器”被稱為“虛擬儀器”。在虛擬儀器系統中，硬件較簡單的通用平臺，是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵．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、增減儀器系統的功能與規模，所以有“軟件就是儀器”之說。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“軟面板”；可共享計算機內部的軟、硬件資源，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。1.虛擬儀器的一般結構圖10.8虛擬儀器的一般結構2虛擬儀器與傳統儀器的比較表10.1虛擬儀器與傳統儀器的比較傳統儀器虛擬儀器功能定義儀器廠家用戶技術關鍵硬件軟件功能升級固定通過修改軟件進行增減開放性封閉基于計算機開放系統技術更新較慢較方便、快開發周期較長相對快工作頻率可達較高受限于A/D或D/A的速度應用領域通用測量、計量大多為測控系統價格較高價格較低且可重復利用使虛擬儀器不僅是圖10.8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七種類型，如圖所示。圖10.9虛擬儀器的構成方式信號調理數據采集卡GPIB接口儀器VXI儀器PXI儀器串口（USB、RS232、單總線）儀器現場總線儀器（或設備）GPIB接口卡測控對象LabVIEWLabWindows/CVI其它軟件開發平臺PC機/工作站LXI儀器10.4接口總線及信道1.PC機系統并行I/O接口總線

PC機內的主板上通常都提供有好幾個插槽，這就是PC機的系統總線接口。這種總線種類和性能如表10.3所示。表10.3幾種總線性能總線PC/XTISA(AT)EISAPCIAGP推出時間1981年1984年1988年1993年1996年帶寬/b88/163232/6464總線類型系統總線系統總線系統總線局部總線管線最高時鐘頻率/MHz88.33366以上蜂值數據傳輸率/Mbs-1533132264或更高帶外設能力>12>12101個圖形控制器2.PC機的串行接口總線表10.4四種串行接口總線的性能總線名稱線纜傳輸速率傳輸距離技術規范主要應用RS232(串行異步通信總線)內含9線至25線（據用途選用部分線）0.01至19kbps(50-9600波特)15m左右，RS485可擴至千米以上EIARS232CCCITTV.24串行數據通信和PC外設終端1-WIRE(單總線)內含2線（一根信號線，一根地線）16.3kbps142kbps200m(可擴展至1000m)單總線協議低速測控、監測、監管及收費系統USB(通用串行總線)內含4線(一對信號線，一對電源線)1.5Mbps和12Mbps(可升級到380-480Mbps)可拓撲擴展低速設備間距離3m,高速設備5mUSB1.1USB2.0PC機通用外設、數字音響、數碼相機、電話IEEE1394(火線)內含6線(兩對信號線，一對電源線)100、200、400Mbps(可升至1.2-3.2Gbps)4.5m（若用光纜可擴至100m）IEEE1394-1995(或IEC1883)硬盤、光驅、數字音像、數碼攝像、局域網絡3.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6種，如表10.5所示。表10.5標準儀器總線基于以太網的模塊儀器LANXtensionsforInstrumentLXI以先進電信運算架構為基礎的擴展AdancedTCAExtensionAXIa計算機總線PCI在儀器領域的擴展PCIExtensionforInstrumentationPXIVME總線在儀器領域的擴展VMEbusextensionsforInstrumentationVXI計算機輔助測量和控制ComputerAidedMeasurementAndControlCAMAC通用接口總線GeneralPurposeInterfaceBusGPIB（IEEE488)中文含義英文含義英文縮寫名稱標準儀器總線的發展歷程獨立于制造商的測量儀器標準比VXI價廉，主要民用，速率更高VXIbus計算機背板總線基于LAN的測試總線適合于遠程測量與控制主要應用于臺式儀器，靈活易用比GPIB性能更好，主要用于軍方基于PCI總線的現代版VXI融合了VXI和以太網優勢70年代GPIB80年代VXI90年代PXI2004年LXI2009年AXIa以先進電信運算架構規范為基礎的開放標準提供可擴展性滔足各種平臺4.現場總線表10.6幾種比較有影響的現場總線性能對照表FFProfibusHARTCANLonWorksOSI網絡層次1,2,3,81,2,3,1,2,71,2,71~7通信介質雙絞線、光纖、電纜等雙絞線、光纖電纜雙絞線、光纖雙絞線、電纜、電力線、光纖、無線等介質訪問方式令牌(集中)令牌(分散)查詢位仲裁P-PCSMA糾錯方式CRCCRCCRCCRCCRC通信速率/(h/s)31.25k31.25k/12M96001M780k最大節點數/網段3212715110248優先級有有有有有保密性……………………身份認證本安性是是是是是開發工具有有……有有5.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控領域來。通常用于測控數據傳遞的信道：有線信道RS485：1200m電話線電力線互聯網無線信道小電臺手機短信紅外蘭牙無線局域無線上網10.4.2GPIB接口總線GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）通用標準接口總線。1972年由美國HP公司首先提出的，定名為HP―IB。之后這套總線相繼為IEEE和IEC認可，并正式頒布了IEEE488和IEC625標準文本。我國也制定了相應的國家標準

總線由24芯無源電纜組成，其中16條為信號線，其余為屏蔽線和地線。16條信號線中有8條數據總線，3條掛鉤總線和5條管理總線。總線上最多可掛15臺儀器系統各器件采用總線方式連接，總線連接器包括插頭和插座10.4.3VXI總線VXI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VXI總線主機箱中。有ABCD四種尺寸模塊，C尺寸模塊應用最廣。對VXI總線系統的控制可以通過主機箱外的外部控制器（微型計算機），也可以通過嵌入主機箱內的內部控制器。內嵌式控制器及用于連接外部計算機的翻譯器和接口都是放置在VXI主機箱的零號槽位置。因此，也常稱為零槽模塊或零槽控制器。VXI

VMEbusextensionsforInstrumentationVME（計算機通用背板總線）總線在儀器領域的擴展10.4.4LXI總線圖10.22LXI與現有儀器組成混合系統LAN（LocalAreaNetwork）是局域網的英文縮寫。LAN是建立在以太網(Ethernet)通信協議標準上，故有時也稱以太網。LXI(LANextensionsforinstrumentation)是指LAN局域網在儀器領域的擴展。GPIB、VXI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LAN那樣廣泛。

產生的過程2004年9月美國安捷倫科技公司和VXI科技公司聯合推出LXI總線2005年6月成立了LXI聯盟。2005年8月正式發布了LXI總線標準1.0版，標志著LXI正式誕生。2006年8月又推出了LXI標準1.1版本2006年9月中國成立了LXI總線聯合體推出超過300種支持LXI的儀器產品10.5測試軟件在以計算機為核心的自動測試設備（ATE）中，

硬件是基礎，軟件是靈魂。

常用軟件工具：BASICVBVCLabVIEW（美國NI公司產品，圖形化編程方式）HPVEE（美國HP公司產品，圖形化編程方式）Labwindows／CVI（美國NI公司產品，C語言及交互式編程）10.6自動測試系統的集成10.6.1自動測試系統集成的步驟以VXI總線系統的集成為例：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框架和測試思路；2.根據總體設計思路和設計要求，選擇主機箱，明確電源功率和冷卻的要求；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制方式。4.進行VXI總線儀器模塊的選擇，根據總體設計方案選擇測試所需的功能模塊；5.進行開關及測試接口的選擇和設計，以及專用接口的設計等；6.選擇合適的系統軟件和工具軟件，以提高應用程序編寫的效率；7.編