自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述

自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述2024/3/25自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述教材和參考資料（1）*教材：陳長齡等：自動測試及接口技術機械工業(yè)出版業(yè)2004.11參考資料IEEEstd488.1-2003:“IEEEStandardDigitalInterfaceforProgrammableInstrumentation”.IEEEstd488.2-1992:“IEEEStandardCodes,Formats,ProtocolsandCommonCommandforProgrammableInstrumentation”IEEEstd1155-1992:“IEEEStandardForVMEBusExtensionsforInstrumentation:VXIBus”,l993.9.20PublishedbyIEEE.LXIStandardRevision1.3,October30,2008Edition.IEEE1588-2008“SystemTestsForLXIDevicesImplementing”SCPIConsortium,StandardCommandsforProgrammableInstruments(SCPI),Version1999.0,May,1999自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述教材和參考資料（1）相關網站：/find/adn自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述本課程學習的目的系統(tǒng)的掌握自動測試系統(tǒng)的工作原理及特點；重點掌握GPIB、VXI程控儀器的數(shù)字接口、程控命令的句法、格式和測量控制機設計技術；能夠正確選擇儀器和測量控制機并具有組建自動測試系統(tǒng)的能力；能夠編制應用測試軟件，并能進行實際操作。了解LXI,PXI,SCPI等自動測試有關技術自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述本課程主要講述內容：現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構模型和發(fā)展概況GPIB和VXI總線接口技術及其電路的設計方法器件消息(IEEE488.2)的消息交換控制協(xié)議、編碼格式、公用命令特定的標準命令(SCPI)GPIB測試控制器、VXI內嵌式控制器工作原理和設計技術測試軟件平臺技術。現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)的集成技術特別突出現(xiàn)代ATS的系統(tǒng)集成技術自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述本節(jié)內容自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及其意義1234現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構程控設備互聯(lián)協(xié)議現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型34網絡化測試技術自動測試軟件平臺技術自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述一、自動測試的概念1、什么是測量？測試？計量？2、什么是測量技術？3、電子測量（試）儀器（設備）？4、測試系統(tǒng)，手動測試系統(tǒng)？5、自動測試（系統(tǒng)）？第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義1、什么是測量？嚴密的講：把待測量直接或間接地與另一個同類的已知量相比較，拿這個已知量作為計量單位，定出被測量是該單位的若干倍或幾分之幾，這種實驗過程就是測量。換而言之，測量就是通過實驗來求出被測量與計值單位的比值。門捷列也夫（Д.И.Μендлеев）說過：

*“測量是認識自然界的主要工具”；*“有測量，才有科學”。測試？計量？自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義2、什么是測量技術？測試中所采用的原理、方法和技術措施稱為測量（試）技術。3、電子測量（試）儀器（設備）？基于某種測量技術，利用電子器件和線路技術組成的裝置，用以測量各種電磁參量或產生供測量用的電信號，稱為電子測量儀器。電子儀器配上適當?shù)膿Q能器（傳感器）能測量幾乎一切非電物理量，泛指測試儀器（設備）。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義4、測試系統(tǒng)習慣上，將為完成某項測試任務而按某種規(guī)則有機構造的互相聯(lián)接起來的一套測試儀器（設備）稱為測試系統(tǒng)。這是狹義的測試系統(tǒng)；廣義的測試系統(tǒng)還包括測量者（人員）、測試對象、和測試環(huán)境。手動測試系統(tǒng)？一個測試系統(tǒng)，由人工操作完成特定測試任務，稱為手動測試系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義5、自動測試系統(tǒng)：使用具有一定自動化能力的測試系統(tǒng)進行的測量和實驗，稱為自動測試（Automaticmeasurementandtest）；通常把在人最少參與的情況下，利用計算機執(zhí)行程序控制測試過程并進行數(shù)據(jù)處理直至以適當方式給出測試結果的測試系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng)（AutomatedTestSystem—ATS）或自動測試設備（AutomatedTestEquipment—ATE）。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義最初的自動測試系統(tǒng)：掃頻測試系統(tǒng)。(refertochapter7)自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義圖1-1測量頻率響應的自動測試系統(tǒng)

頻率響應的自動測試系統(tǒng)可程控信號發(fā)生器被測件可程控電壓表可程控計數(shù)器可程控直流電源打印機繪圖儀計算機GPIB,RS232,……開關器開關器自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義計算機技術、自動控制方法的引入，促進了自動測試系統(tǒng)的發(fā)展。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義為軍事目的而提出的“萬能自動測試系統(tǒng)”美國國防部1956年SETE計劃：不依靠任何文獻（被測件技術說明書、儀器手冊、測試手冊）；非熟練人員進行幾乎全自動的操作；以電子計算機的速度進行測試；通過編程的靈活性，適應任何具體的測試任務。缺點：雖然對測試人員的測試技能的要求降低，但對其測試編程能力的要求提高；技術資料雖然由測試軟件取代，但軟件文檔仍然很大；成果：促進了自動測試系統(tǒng)的發(fā)展。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義二、自動測試的意義大批量的產品生產制造，沒有自動測試系統(tǒng)，是難以想象的；人們無法進入有損測試人員健康的場所；無人值守；工業(yè)生產過程自動化已在現(xiàn)代化的生產過程中普遍應用；自動化的突出特點之一是高速度，可以節(jié)約大量人力；依靠具有計算、處理能力的控制器，獲得極寬的測量頻率和動態(tài)范圍；自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第一節(jié)自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)及意義達到多參數(shù)、多功能的測試效果；消除或削弱隨機誤差和系統(tǒng)誤差，獲得極高的測量確度；帶來重大的經濟效果；大大節(jié)約了寶貴的高級復雜勞動力,以改進產品的性能；推斷出事物的本質和自然規(guī)律；科學技術的發(fā)展和進步有賴于測試。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第二節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構從自動測試系統(tǒng)概念出發(fā)，可以抽象出現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)模型的構造要素:可程控測試儀器、測試控制機、互聯(lián)標準數(shù)字接口和軟件系統(tǒng)，如圖1-2示。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述器件功能區(qū)接口功能區(qū)器件功能區(qū)接口功能區(qū)器件功能區(qū)接口功能區(qū)接口功能區(qū)計算機本體區(qū)測試應用軟件測試編程語言操作系統(tǒng)儀器本體程控設備1程控設備2程控設備n數(shù)字總線測試控制機測試軟件系統(tǒng)數(shù)字接口總線系統(tǒng)……圖1-2自動測試系統(tǒng)結構模型第二節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第二節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構1．可程控測試設備：（1）可程控操作（2）有接口功能區(qū)2．測試控制器：在功能上:測試控制器應該具有兩種能力，設備間互聯(lián)的標準接口總線資源管理能力對測試系統(tǒng)的測試設備操作控制能力。在構成上:硬件方面必須配有標準數(shù)字接口，以便同測試設備相容互聯(lián)；軟件系統(tǒng)中含有測試應用軟件開發(fā)環(huán)境。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第二節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構3．標準數(shù)字接口總線系統(tǒng)

互聯(lián)的設備與設備（或說系統(tǒng)與系統(tǒng)）之間的用于信息交接的一部分界面，稱之為接口。為了在開放式互聯(lián)設備之間實行數(shù)字式信息交換所必須的一整套與設備有關的接口的機械、電氣和功能要素，稱為數(shù)字接口系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第二節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)體系結構4．測試應用軟件及其開發(fā)環(huán)境

測試應用軟件軟件開發(fā)手段：指測控計算機提供的操作系統(tǒng)、測試擴充高級編程語言、數(shù)據(jù)處理工具軟件和程序故障診斷軟件等。測試應用軟件開發(fā)環(huán)境自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第三節(jié)程控設備互聯(lián)協(xié)議程控設備互聯(lián)協(xié)議（或模型），可用圖1-3描述?？梢詺w納為物理互聯(lián)層和程控命令層協(xié)議。儀器設計者及SCPI儀器設計者及SCPIADCBIEEE488.2標準DABCIEEE488.2標準GB/T15946/IEEE488.1標準遠地接口消息系統(tǒng)器件X公用命令和詢問語法和數(shù)據(jù)結構器件確定的消息系統(tǒng)器件Y總線D層：器件功能；C層：公用系統(tǒng)功能；B層：消息通信功能；A層：接口功能圖1-3互連程控測量設備通信功能層自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第三節(jié)程控設備互聯(lián)協(xié)議一、數(shù)字接口總線1．接口與接口系統(tǒng)各個儀器的接口之間必須滿足下列幾個條件:（1）電氣相容（2）功能相容

（3）機械相容（4）運行相容為在互聯(lián)設備間實行數(shù)字式信息交換所必須的一整套與設備有關的接口的機械、電氣和功能要素，稱為數(shù)字接口系統(tǒng)。

2．數(shù)字接口總線的發(fā)展在測試領域得以廣泛流行的有GPIB,VXI,LXI,USB,RS232C等。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第三節(jié)程控設備互聯(lián)協(xié)議二、程控設備的器件數(shù)據(jù)的標準化程控設備器件數(shù)據(jù)編碼、格式、語義的非標準化給編程人員造成很大的困難，制約著ATS的推廣應用。舉例OUTPUT703;”F3R7T3”O(jiān)UTPUT716;”FD0C1C0A/RMESD10”FD0：使用ASCII編碼C1C0：通道1開啟，通道2關閉A/R：相對測試MES：顯示測量結果D10：10dB/格F3：測交流R7：第7檔T3：外觸發(fā)自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第三節(jié)程控設備互聯(lián)協(xié)議“IEEEstd488.2-1987:IEEE標準編碼、格式、協(xié)議和公用命令”(也稱為IEEE488.2)。1990年4月，推出的“可程控儀器標準命令（SCPI）”使程控設備器件數(shù)據(jù)得到標準化。如教材圖1-3所示，它是在IEEE488.2的基礎上，制定了設備設計者定義器件功能層特定器件數(shù)據(jù)語義時應該遵循的規(guī)范。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型一、關于自動測試系統(tǒng)分類從接口總線特性出發(fā)劃分自動測試系統(tǒng)類別：專用自動測試系統(tǒng)；半專用自動測試系統(tǒng)；第二代（現(xiàn)代）自動測試系統(tǒng)。現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)分類如下:基于GPIB數(shù)字接口總線(也含RS232、…等):積木式自動測試系統(tǒng)基于VXI、CAMAC、PXI數(shù)字接口總線：模塊式自動測試系統(tǒng)基于嵌入式μp內總線：智能化儀器系統(tǒng)基于多數(shù)字接口總線：多總線融合式自動測試系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型二、積木式自動測試系統(tǒng)基于GPIB可程控測試設備數(shù)字接口總線組建的自動測試系統(tǒng)，稱為“積木式自動測試系統(tǒng)”或稱“迭疊式自動測試系統(tǒng)”。(如圖1-1所示)主要特點：（1）測試系統(tǒng)組建靈活、方便，GPIB設備利用率高。（2）測試系統(tǒng)規(guī)模較小，如：最多不能超過15臺設備，總線長度<20米。（3）總線型連接方式，組建方便、可靠性好。（4）數(shù)據(jù)（比特）并行傳輸，傳輸速率較低。（5）組建成測試系統(tǒng)的設備資源冗余量較大。GPIB積木式自動測試系統(tǒng)是小型實驗室試驗研究測試系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型圖1-1測量頻率響應的自動測試系統(tǒng)

可程控信號發(fā)生器被測件可程控電壓表可程控計數(shù)器可程控直流電源打印機繪圖儀計算機GPIB開關器開關器自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型三、智能儀器系統(tǒng)含有μP系統(tǒng)（微型計算機）的儀器，如最早的美國DANA公司的9000系列計數(shù)器、SystronDonner公司的7115數(shù)字電壓表等。與傳統(tǒng)電子測量儀器相比，含有μP的儀器不但具有測試功能，還有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理與分析、多參數(shù)計算、自動校準、自動檢查、自動診斷、輸出控制與通信的能力。將含μP的儀器稱為“SmartInstruments”，或“Instrumentsbasedmicrocomputer”。圖1-4給出了一臺實時采樣數(shù)字存儲示波器（DSO）樣機組成框圖，它是典型智能（μP）化儀器系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型圖1-4數(shù)字存儲示波器樣機組成μpcEXTPCA6154單板微機ISA總線Vin2μpcACQEN光耦TRIARMSYSTRIACQENfwfwfsfs硬盤驅動固態(tài)電子盤μpcμpcμpcμpcμpcGPIB總線Vin1CH1（與CH2相同）模擬電路數(shù)字電路CH2調理外觸發(fā)調理主觸發(fā)器ADC數(shù)字時基采集RAM模擬控制接口數(shù)字控制接口觸發(fā)調理CPUROMDRAMSSDVGAFDDIDEPS2COM1COM2GPIB口TFT屏軟盤驅動鍵盤、鼠標儀器面板盤信號采集測試功能嵌入式μP監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字存儲示波器樣機組成DOS監(jiān)控程序自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型四、模塊式儀器系統(tǒng)程控儀器＋標準外總線＋測控計算機=積木式自動測試系統(tǒng)測試功能件＋內總線＋嵌入式μP系統(tǒng)=智能化儀器系統(tǒng)

將儀器中的測試功能電路板模塊（插件）化，插入計算機內總線槽上，組建計算機輔助測試系統(tǒng)。1980年某些儀器廠家研制單卡儀器（IAC-Instruments-on-a-card），就是最早的模塊式計算機內總線儀器系統(tǒng)。1989國際上VXIbus聯(lián)合體推出“VMEbuseXtensionsforInstrumentationVXIbussystemSpecification.Revision1.3”,電子測量領域內的模塊式儀器自動測試系統(tǒng)標準總線規(guī)約。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型圖1-5為一個VXI模塊式儀器系統(tǒng)示意圖。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型五、虛擬儀器系統(tǒng)利用計算機強大的圖形工具和在線幫助功能，建立圖形化的虛擬儀器面板，以完成對儀器功能的控制、數(shù)據(jù)處理和分析、顯示結果；則這種包含實際儀器操作、使用信息的軟件與PC機結合構成的儀器，就稱為虛擬儀器。虛擬儀器基本要素為：可重配置的測試功能模塊硬件集合體（或稱硬件平臺）；虛擬儀器軟件包（或稱操作軟件平臺）；計算機系統(tǒng)和計算機與硬件集合體的互聯(lián)總線。自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型圖1-6虛擬儀器基本要素示意圖計算機系統(tǒng)輸出信號信號輸入儀器硬件平臺DACDSPADCMEM虛擬儀器基本要素示意圖總線操作軟件平臺VXIbus、GPIB接口驅動軟件儀器驅動器應用軟件開發(fā)環(huán)境C、VB、LabViewLabwindows/CVI應用軟件包自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第四節(jié)現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)類型將完整儀器模塊組合在一起，配以適當?shù)奶摂M儀器軟件，可以組建成龐大的多功能、多參數(shù)、高性能的自動測試系統(tǒng)。在某些場合下，由原始功能模塊構成小系統(tǒng)，借以軟件來重新組合，可以模擬某些特定的儀器。例如圖1-7電壓表SH—ADCDSP示波器頻譜儀

DACADSP脈沖發(fā)生

函數(shù)發(fā)生

任意波發(fā)生

圖1-7虛擬儀器功能示意圖15.60A自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第五節(jié)網絡化測試技術兩個問題擺在測試工程師面前：1.異地測試系統(tǒng)間通信怎樣解決？2.GPIB和VXIbus是測試領域專用接口總線，計算機是通用的工業(yè)產品。通用的計算機發(fā)展快、價格低、測試專用總線發(fā)展慢、成本高。兩者在發(fā)展上無法匹配？從拓展測試設備定義的角度出發(fā)，將從任何地點、在任何時間都能夠獲取到測量數(shù)據(jù)的所有硬件、軟件條件的有機集合，稱為“網絡化測試儀器”。使用網絡化測試設備，構造網絡化測試環(huán)境，需要解決那些問題呢？舉例說明:NI公司為用戶提供了一種Ethernet--GPIB控制器:NIGPIB-ENET/100自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第五節(jié)網絡化測試技術圖1-8EthernetInternet網絡GPIB-ENET/100GPIB總線儀器1儀器nGPIB-ENET/100儀器1儀器n┅┅PC工作站EthernetEthernetIntranet應用GPIB總線自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第五節(jié)網絡化測試技術通過上述舉例說明要解決好如下幾個問題：（1）網際間協(xié)議的轉接（a）物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（b）網絡層以上（2）操作系統(tǒng)

（3）測試應用程序開發(fā)環(huán)境軟件系統(tǒng)

（4）注意支持測試系統(tǒng)操作的實時性

☆自動測試系統(tǒng)網絡化是可能的，有人認為網絡化測試技術是一種涵蓋范圍更寬、應用領域更廣的全新現(xiàn)代測試技術，是今后測試技術發(fā)展的必然方向之一。但就目前來說，還只能借助現(xiàn)在廣泛流行的、先進的計算機網絡技術。

自動測試系統(tǒng)第1章第1節(jié)測試系統(tǒng)發(fā)展綜述第五節(jié)網絡化測試技術網絡化測量儀器接口標準LXI進入2000年