自動測試系統（3）AutomaticTestSystem

(ATS)

AutomaticTestSystem1自動測試系統第三講計算機輔助測試（CAT）3.1計算機輔助測試的作用3.2

CAT系統典型組成3.3CAT基本模型3.4CAT系統體系結構3.5CAT的發展3.6微機自動檢測2自動測試系統3.1計算機輔助測試的作用（1）什么是計算機輔助測試(CAT)（ComputerAidedTest）用計算機及其外部設備取代人的動作、感覺功能和人的思維功能所進行的測試。3自動測試系統3.1計算機輔助測試的作用（2）計算機在測試過程的作用(a)控制測試過程；(b)激勵、產生可編程激勵信號；(c)數據處理，對響應信號進行各種數字邏輯運算，作出判決和估值；(d)輸出測試結果；(e)管理；(f)監控報警。4自動測試系統3.1計算機輔助測試的作用（3）CAT的優點CAT的突出優點是具有軟功能：用軟資源提高了測試的準確性、可靠性、經濟性，且投資小、收效大，性能價格比好；此外，系統總邏輯由軟邏輯和硬邏輯組成，具有柔性，特別適用于小批量、多品種產品的測試。5自動測試系統3.2CAT系統典型組成CAT系統的主要組成有四個子系統： (1)硬輸入子系統 (2)硬輸出子系統 (3)軟輸入子系統 (4)軟輸出子系統6自動測試系統3.2CAT系統典型組成中央處理器CPURAMROM接口A/DA/AP/AP轉換器硬輸入子系統7自動測試系統3.2CAT系統典型組成中央處理器CPU接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉換器D/AA/AA/P硬輸出子系統8自動測試系統3.2CAT系統典型組成中央處理器CPU接口接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉換器D/AA/AA/PI軟信息軟輸入子系統9自動測試系統3.2CAT系統典型組成中央處理器CPU接口接口接口接口RAMROMA/DA/AP/AP轉換器D/AA/AA/PIO軟信息軟信息軟輸出子系統10自動測試系統3.2CAT系統典型組成CAT軟件包括程序和數據。（a）CAT程序CAT程序一般由主程序和各種子程序組成。子程序有：①數據采集輸入子程序；②數據處理、分析、判斷子程序；③測試結果輸出子程序；④容錯子程序；⑤應急情況報警、處置子程序；⑥自檢子程序。11自動測試系統CAT的程序結構示意圖

主程序①數據采集輸入②數據處理、分析、判斷③測試結果輸出④容錯或錯誤處理⑤應急情況報警、處置⑥自檢12自動測試系統3.2CAT系統典型組成（b）CAT的數據CAT系統中常用數據有：①測試數據；②數據處理中間數據；③測試結果數據；④數據處理用原始數據。如自動修正數據，系數對照表、各種常數等。各種數據均應選用一定的數據結構。CAT常用數據結構有線性結構、樹狀結構、關系數據結構等。數據結構對程序有重要影響。數據量大、使用頻繁時，可建立數據庫進行管理。13自動測試系統3.2CAT基本模型CAT有多種測試任務，基本的數學模型可歸納為三類：

X

CAT的基本模型

U

Y

14自動測試系統3.2CAT基本模型第一類：式中X表示被測狀態矩陣；U表示激勵矩陣；Y表示響應矩陣。根據激勵矩陣U和響應矩陣Y確定被測狀態矩陣X。——主要用于產品檢驗、參數檢測、系統識別。

15自動測試系統3.2CAT基本模型第二類：式中U表示被測輸入矩陣；X表示測試系統的狀態矩陣；Y表示被控輸出矩陣；根據輸出矩陣Y和測試系統狀態矩陣X確定被測輸入矩陣U。——主要用于數據采集、參數監控、模式識別。

16自動測試系統3.2CAT基本模型第三類：式中：Y表示被控輸出矩陣；U表示輸入矩陣；X表示系統狀態矩陣。根據輸入矩陣U和系統狀態矩陣X確定被控輸出矩陣Y。——主要用于測試過程控制、可編程激勵。

17自動測試系統3.2CAT基本模型以上從CAT系統的總體角度上，歸納為三種數學模型，在實際系統實現的具體細節上或局部，上述模型往往是交叉并存的。

18自動測試系統3.2CAT基本模型

激勵信號產生裝置被測火控計算機FCC射擊諸元采集裝置計算機UXY從總體看，屬于第一類CAT，根據激勵矩陣U和響應矩陣Y確定被測狀態矩陣X。——主要用于產品檢驗、參數檢測、系統識別。19自動測試系統3.2CAT基本模型

航路坐標產生裝置被測火控計算機FCC射擊諸元采集裝置計算機UXY從航路坐標產生裝置的局部看，屬于第三類CAT，根據輸入矩陣U和系統狀態矩陣X確定被控輸出矩陣Y。——主要用于測試過程控制、可編程激勵。20自動測試系統3.2CAT基本模型

航路坐標產生裝置被測火控計算機FCC射擊諸元采集裝置計算機UXY從射擊諸元采集裝置的局部看，屬于第二類CAT，根據輸出矩陣Y和測試系統狀態矩陣X確定被測輸入矩陣U。——主要用于數據采集、參數監控、模式識別。21自動測試系統3.4CAT系統體系結構

CAT系統體系結構是決定CAT系統技術設計的總體構造，包括各組件關系、功能分配、信息通過方式、輸入輸出方式等。根據計算機在CAT中發揮的作用程度不同，CAT大致分為兩代：22自動測試系統3.4CAT系統體系結構（1）第一代CAT系統的體系結構

計算機只對激勵組件進行開關控制，而不是對激勵信號進行編程。計算機只對響應組件送來的響應信號進行分析處理，而不對響應組件的功能和參數進行編程。多路開關響應監控激勵發生控制邏輯計算機被測組件23自動測試系統3.4CAT系統體系結構（2）第二代CAT系統的體系結構可編程開關響應監控激勵發生計算機被測組件因計算機參與了檢測全過程，潛在資源得到充分發揮，顯著提高了系統的準確性、可靠性和通用性。24自動測試系統3.4CAT系統體系結構（2）第二代CAT系統的體系結構可編程開關響應監控激勵發生計算機被測組件第二代CAT系統體系結構的特點①激勵信息可編程，激勵信號由軟件、硬件綜合形成；

②響應組件的功能和參數等可編程；③采用可編程多路開關；④軟件在線使用。25自動測試系統3.4CAT系統體系結構（3）CAT系統體系結構的主要發展方向CAT系統體系結構的主要發展方向是： 分布式體系結構 內含式體系結構 小型化體系結構26自動測試系統3.4CAT系統體系結構（a）分布式體系結構

計算機激勵發生No.N激勵發生No.1響應監控No.1響應監控No.N主開關接口No.1UUTNo.2UUT開關接口No.2開關接口No.1多測試口CAT系統體系結構

擴展開關27自動測試系統3.4CAT系統體系結構（a）分布式體系結構

計算機多測試站CAT系統體系結構28自動測試系統3.4CAT系統體系結構（a）分布式體系結構

多計算機CAT系統體系結構（分級型）主計算機檢測控制接口通信接口從機11UUT檢測控制接口通信接口從機12UUT檢測控制接口通信接口從機1NUUT29自動測試系統3.4CAT系統體系結構（a）分布式體系結構

多計算機CAT系統體系結構除了上述分級型，還有分散型和集成型。

分散型CAT系統包括幾個獨立的CAT系統。這些系統可以是單機的，也可以是多機的，各有一臺主機。各主機之間可互相通信，共享軟資源。在制造過程中，CAT系統與CAD，CAM，NC系統和設備，構成計算機集成型制造系統CIMS(Computer—AidedIntegratedManufactureSystem)。 30自動測試系統3.4CAT系統體系結構（b）內含式CAT體系結構內含式CAT體系結構是將CAT的部分組件包含在被測組件內部。這主要用于一些結構復雜的被測組件，如超大規模集成電路內部邏輯復雜，只依靠外部引腳進行激勵、響應，難以進行檢測。因此，在其內部制有專用于檢測的邏輯，有時可占20％。31自動測試系統3.4CAT系統體系結構（c）小型化體系結構小型化體系結構現階段的水平是手提式CAT系統。主要措施是廣泛應用CMOS電路，減小電源重量和體積。進一步微型化的目標是插頭式CAT系統，將CAT系統全部裝入相當于一個插頭的殼體中，將它插入被測組件的插座中，即可進行檢測。32自動測試系統3.5．CAT的發展

CAT的主要貢獻之一是賦予測試系統以柔性，使一種測試系統可用于不同的待測試件、測試量和測試環境，從而降低了可變費用。這在多品種小批量情況下效果尤為顯著，但同時也帶來了一個問題，即性能缺乏針對性。某種測試系統的結構及其參數不可能在各種待測試件、待測試量和測試環境下均是最優的。因此，CAT系統存在結構柔性與性能針對性的矛盾。自適應測試是解決這一矛盾的有效途徑。自適應測試系統是一種能根據待測試件、待測試量或測試環境變化而自動改變其結構或參數，以獲得最優測試性能的測試系統。因而，也是CAT的主要發展方向。33自動測試系統3.5．CAT的發展（1）實現自適應測試必須解決以下三個問題： ①確立最優測試性能的目標。 ②建立自適應測試模型，即根據目標調節系統結構或參數的算法。 ③實現自適應算法的機構(稱為自適應機構)由硬件及軟件組成。34自動測試系統3.5．CAT的發展（2）在測試系統的三個主要環節上實現自適應測試①自適應采樣②自適應數據處理③測試系統結構參數自適應調節根據采樣信號的不同改變采樣的時間、量程、周期等，使采樣信號的質量最優。根據待處理數據的特性（頻帶、分布參數等）決定數據處理的方法和參數（迭代目標、模型階數等），使數據處理結果最優。根據待測試件不同的靜動態特性調節系統結構或參數，使測試系統（包括待測試件在內）性能最優。35自動測試系統3.6微機自動檢測（1）什么是微機自動檢測

微機自動檢測就是使用微機（包括微處理器、單片機、個人計算機等）來實現自動檢測儀器、自動檢測系統的技術。

36自動測試系統3.6微機自動檢測（2）微機自動檢測系統的典型結構

微機自動檢測系統的典型結構包括：

微機基本子系統（含CPU、RAM、ROM或EPROM、EEPROM等）數據采集子系統及接口數據通信子系統及接口數據分配子系統及接口基本I／O子系統及接口37自動測試系統3.6微機自動檢測（2）微機自動檢測系統的典型結構數據采集子系統接口通信子系統接口數據分配子系統接口基本I/O子系統接口微機基本子系統傳感器1傳感器2傳感器n其它儀器或系統控制被測控對象1被測控對象2被測控對象n顯示打印鍵盤輸入其它I/O38自動測試系統3.6微機自動檢測（3）微機自動檢測系統各子系統的基本功能

（a）微機基本子系統是整個系統的核心，對整個系統起監督、管理、控制作用。例如進行復雜的信號處理、控制決策、產生特殊的測試信號，控制整個檢測過程等。此外，利用微機強大的信息處理能力和高速運算能力，實現命令識別、邏輯判斷、非線性誤差修正，系統動態特性的自校正、自學習、自適應、自診斷、自組織等功能。39自動測試系統3.6微機自動檢測（3）微機自動檢測系統各子系統的基本功能

（b）數據采集子系統及接口，用于和傳感器、檢測元件、變送器聯接，實現參數采集、選路控制、零點校正、量程自動切換等功能。

40自動測試系統3.6微機自動檢測（3）微機自動檢測系統各子系統的基本功能

（c）基本I／O子系統及接口，用于實現人一機對話、輸入或改變系統參數、改變系統工作狀態，輸出檢測結