12_测试系统集成技术

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第12章 12章

测试系统集成技术

12.1 测试系统集成技术概述 12. 12.2 测试系统中的通信技术 12. 12.3 测试系统中的标准总线 12. 12.4 测试系统中的硬件平台 12. 12.5 测试系统中的软件平台 12. 12.6 虚拟仪器简介

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12.1

测试系统及其集成概述

微 型 计 算 机

计算机控制激励 信号产生电路

计算机控制 调理器/采集器

可 程 控 测 试 接 口 适 配 器

激励 被 测 对 象 响应

图12-1 第三阶段自动测试系统组成示意图

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测试系统集成的主要内容确定测试任务和需求分析 选择主控机和零槽控制器及控制方式 选择/开发VXI 选择/开发VXI仪器模块 VXI仪器模块 选择主机箱 开关及测试接口的选择与设计 选择系统软件开发平台 测试应用软件开发

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12.2 测试系统中的通信技术12. 12.2.1串行通信和并行通信 1.串行通信信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串 行通讯 常见的串行标准是RS232/244/485 常见的串行标准是RS232/244/485

2. 并行通信并行通信是在两个设备之间同时传输多个数据位，它 并行通信是在两个设备之间同时传输多个数据位， 主要用于近距离通信 仪器与计算机之间常用的并行通信标准有EPP SPP等 仪器与计算机之间常用的并行通信标准有EPP、SPP等 EPP、

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12.2.2 有线通信和网络化测试技术Internet在远程数据采集与控制， Internet在远程数据采集与控制，高档测试仪器 在远程数据采集与控制 设备的远程实时调用， 设备的远程实时调用，远程设备故障诊断等场合 得到了越来越广泛的应用。 得到了越来越广泛的应用。 利用现有Internet资源， 利用现有Internet资源，而不需要建立专门的拓 Internet资源 扑网络。 扑网络。 把TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中 ， 使 TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中 协议嵌入现场智能仪器或传感器中， 信号的传输通过TCP/IP进行， TCP/IP进行 信号的传输通过TCP/IP进行 ， 网络化仪器设备成 为网络中的独立节点， 为网络中的独立节点，信息可通过网络从一个节 点传输到另一个节点，使实时、 点传输到另一个节点，使实时、动态的在线测控 成为现实。 成为现实。

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12.2.3 无线通信技术有线的分布式网络测试系统， 有线的分布式网络测试系统 ，当设备多时连线十 分复杂，而且适用于系统相对固定； 分复杂 ， 而且适用于系统相对固定 ； 若系统移动 至它处时， 需要重新连线； 若添加新测试仪器, 至它处时 ， 需要重新连线 ； 若添加新测试仪器 , 需要增加连接线，使用不方便。 需要增加连接线，使用不方便。 无线通信网的测试系统， 无线通信网的测试系统， 设备以无线方式进行通 设备之间不需连线，组建系统十分方便

。 信，设备之间不需连线，组建系统十分方便。 无线局域网技术标准主要有IEEE802.11、 无线局域网技术标准主要有 IEEE802.11 、 HomeRF IEEE802 和蓝牙等

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12.3 测试系统中的标准总线自动测试系统首先要解决互联设备在机械、电气、 自动测试系统首先要解决互联设备在机械、电气、 功能上兼容， 功能上兼容，以保证各种命令和测试数据在互联 设备间准确无误地传递。 设备间准确无误地传递。 可程控设备的标准接口总线解决了这一问题。 可程控设备的标准接口总线解决了这一问题。 标准接口总线有RS232C CAMAC, IEEE488 VXI, 标准接口总线有 RS232C , CAMAC , IEEE488 , VXI , RS232 488, PXI,IEEE1394 USB总线等 1394及 总线等。 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， 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), 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。 组建自动测试系统，系统也可以随时改建或重建。

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12.3.1 IEEE488接口总线 IEEE488接口总线设备A 设备A 能讲、 能讲、听 及控制 例如计算机) (例如计算机) 接 设备B 设备B 能讲及听 口 例如数字电压表) (例如数字电压表) 设备C 设备C 只能听 接 口 接口管理母线 ( 5条 ) 接 口 数据母线 (8 条) 数据拜特传 递控制母线 ( 3条 )

由 IEEE488 接口总线组成的 由 IEEE488 488接口总线组成的 自动测试系统主要由设备、 自动测试系统主要由设备 、 接口和总线三部分组成 设备分为讲者、听者、控者。 设备分为讲者、听者、控者。 设备分为讲者 接口总线包括8根数据线、3 接口总线包括8根数据线、 接口总线包括 根挂钩线、 根管理线和地线。 根挂钩线、5根管理线和地线。 定义了10种接口功能 定义了10种接口功能 定义了10 属异步并行总线。 属异步并行总线。 属异步并行总线 是一种外部总线，适用于一 是一种外部总线， 是一种外部总线 个实验室内相距20 20米以内的 个实验室内相距20米以内的 各设备之间互连。 各设备之间互连。

例如打印机) (例如打印机) 设备D 设备D 只能讲 接 口

DIO1 DIO8 DIO1~DIO8 DAV NRFD NDAC IFC ANT SRQ REN EOI

例如纸带读出器) (例如纸带读出器)

图12-2 由IEEE488接口总线组成的自动测试系统 接口总线组成的自动测试系统

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12.3.2 VXI总线 VXI总线VXI总线直接源于工业微机的VME总线 VXI总线直接源于工业微机的VME总线，并在此基 总线直接源于工业微机的VME总线， 础上扩展了仪器需要的链式和星形两种触发总线、 础上扩展了仪器需要的链

式和星形两种触发总线、 时钟和同步总线、本地总线、 时钟和同步总线 、 本地总线 、模块识别线和模拟 信号线，还补充了仪器需要的几种供电电源。 信号线，还补充了仪器需要的几种供电电源。 VXI系统是基于计算机并行内总线的开放式 系统是基于计算机并行内总线的开放式、 VXI 系统是基于计算机并行内总线的开放式 、 标 准化、模块化的仪器系统。 准化、模块化的仪器系统。 VXI总线系统具有模块化结构 数传速率高、 总线系统具有模块化结构、 VXI 总线系统具有模块化结构 、 数传速率高 、 体 积小、重量轻、功耗少、性价比高、 积小、 重量轻、 功耗少、 性价比高 、 易于发挥计 算机能力和易于构成虚拟仪器等诸多优点， 算机能力和易于构成虚拟仪器等诸多优点， 特别 是它的标准化所带来的开放性和灵活性， 是它的标准化所带来的开放性和灵活性，受到各 界的广泛重视， 界的广泛重视，获得了广泛应用

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2 VXI测试系统硬件 VXI测试系统硬件VXI系统的硬件配置主要考虑主机箱 VXI 系统的硬件配置主要考虑主机箱 、 仪器模块 系统的硬件配置主要考虑主机箱、 和控制器的选用 控制方式有： 控制方式有：① GPIB总线控制方式 GPIB总线控制方式 ② MXI总线控制方式 MXI总线控制方式 ③ 内嵌式计算机(控制器)控制方式 内嵌式计算机(控制器)VXI主机箱 嵌计 槽 槽 …… 入算 1 2 式机图12-6 内嵌式计算机 控制方式的测试系统

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12.4 测试系统中的硬件平台主要包括测控计算机，测试仪器资源( VXI仪 主要包括测控计算机，测试仪器资源(如VXI仪 器模块，GPIB总线仪器或其它仪器或模块),标 总线仪器或其它仪器或模块), 器模块，GPIB总线仪器或其它仪器或模块),标 准接口、系列适配器和被测设备或单元。 准接口、系列适配器和被测设备或单元。上述各 部分共同完成自动测试系统的信号调理与采集功 数据分析与处理功能， 能，数据分析与处理功能，参数设置与结果表达GPIB/VXI总线 GPIB/VXI总线 测控计算机 或其它总线 测试仪器 资源

通用接口

适配器

被测设备

图12-7 自动测试系统的硬件平台基本组成

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12.5 测试系统中的软件平台12.5.1 测试软件的发展 软件技术在测试系统中起着越来越重要的作用， 软件技术在测试系统中起着越来越重要的作用， 测试系统已经成为以通用硬件为基础、 测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试软 件为核心的集成系统。 件为核心的集成系统。 “软件就是仪器”的思想改变了传统测量仪器的 软件就是仪器” 观念，许多过去在传统仪器由硬件完成的功能， 观念，许多过去在传统仪器由硬件完

成的功能， 可以由软件来实现。 可以由软件来实现。

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12.5.2 测试软件的标准化在测试软件发展过程中， 在测试软件发展过程中，初期人们是通过测试编 程语言来编写仪器测试程序的。 程语言来编写仪器测试程序的。测试软件开发人 员不仅要了解测试系统中的接口标准、通信规范， 员不仅要了解测试系统中的接口标准、通信规范， 熟悉仪器的各种程控代码， 熟悉仪器的各种程控代码，还必须掌握测试编程 语言的编程方法。 语言的编程方法。 测试软件应具有开放性、可重用性、 测试软件应具有开放性、可重用性、可扩展性 随着测试仪器种类的不断增加以及测试任务的日 益复杂， 益复杂，使得测试软件的标准化成为发展的必然 趋势。 趋势。

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可编程仪器标准命令SCPI 可编程仪器标准命令SCPI可编程仪器标准命令SCPI 可编程仪器标准命令SCPI是为解决可程控仪器编程标准 SCPI是为解决可程控仪器编程标准 1990年仪器制造商国际协会在IEEE488.2标准的基础 年仪器制造商国际协会在IEEE488.2 化，1990年仪器制造商国际协会在IEEE488.2标准的基础 上进行扩充，而制定出的一个重要的程控仪器软件标准。 上进行扩充，而制定出的一个重要的程控仪器软件标准。 SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、 SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、响应消息以及 全面定义了标准化的仪器程控消息 数据和状态的报告结构。 数据和状态的报告结构。 基本原则是使测试软件编程是面向测试功能而不是面向 仪器，相同的命令控制相同的测试功能， 仪器，相同的命令控制相同的测试功能，而不是相同的 仪器。 仪器。 SCPI标准大大提高了仪器的互换性 SCPI标准大大提高了仪器的互换性 SCPI提出了三种形式的相容性， 纵向相容性、 SCPI提出了三种形式的相容性，即纵向相容性、横向相 提出了三种形式的相容性 容性和功能相容性。 容性和功能相容性。

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SCPI程控仪器模型 模型中的模块对应着SCPI SCPI程控仪器模型 ，模型中的模块对应着SCPI 命 程控仪器模型， SCPI命 令分层结构中的术语， 令分层结构中的术语，其目的不在于指导测试开 发人员进行具体的设计， 发人员进行具体的设计， 而是以清晰的信号流程 来形成SCPI命令集。 SCPI命令集 来形成SCPI命令集。输入信号 信号通道 信号测量 触发 存储 输出信号 数据总线 数据格式 数据总线

信号通道

信号发生

数据格式

图12-8 SCPI程控仪器模型 程控仪器模型

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仪器驱动器仪器驱动器也叫仪器驱动程序，是针对某一特定仪器进 仪器驱动器也叫仪器驱动程序， 行控制和通信的一种底层软件的集合， 行控制和通信的一种底层

软件的集合，是测试应用程序 实现仪器控制的桥梁。 实现仪器控制的桥梁。 每台仪器都有自己的仪器驱动器。 每台仪器都有自己的仪器驱动器 。 通常是由仪器制造商 负责开发并免费提供给用户。 负责开发并免费提供给用户。测试应用程序(软面板)

交互式操作接口

编程开发接口

仪器驱动程序 (函数体) 子程序接口 I/O 接口

通用仪器驱动器的外部模型

图 12-9 通用仪器驱动器的外部模型

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VPP仪器驱动器 VPP仪器驱动器即 插 即 用 标 准 ( VXI Plug&Play , 简 称 VPP ) , VPP进一步实现了仪器驱动器的标准化 进一步实现了仪器驱动器的标准化， VPP 进一步实现了仪器驱动器的标准化 ， 提高了 仪器的互操作性、可移植性、可扩展性， 仪器的互操作性 、 可移植性 、可扩展性，并向多 功能方面发展。 功能方面发展。 VPP是由软件I/O层和仪器驱动器组成。 VPP是由软件I/O层和仪器驱动器组成。 是由软件I/O层和仪器驱动器组成 软件I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层。 软件I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层。 I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层

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虚拟仪器软件体系(Virtual Instruments 虚拟仪器软件体系( Architecture,简称VISA VISA) Software Architecture,简称VISA) VISA就是用于仪器编程的标准 I/O函数库及其相 VISA 就是用于仪器编程的标准 I/O 函数库及其相 就是用于仪器编程的标准I/O 关规范的总称， 一般称这个I/O 函数库为VISA I/O函数库为 VISA库 关规范的总称 ， 一般称这个 I/O 函数库为 VISA 库 ， VPP仪器驱动器中的软件I/O层 仪器驱动器中的软件I/O 是VPP仪器驱动器中的软件I/O层。 VISA对测试软件开发者来讲是一个可直接调用的 VISA对测试软件开发者来讲是一个可直接调用的 操作函数集、 一个高层API 应用程序接口) API( 操作函数集 、 一个高层 API ( 应用程序接口 ) , 通过调用底层的仪器驱动器来控制仪器操作， 通过调用底层的仪器驱动器来控制仪器操作 ， 实 现了I/O接口无关性。 I/O接口无关性 现了I/O接口无关性。

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VPP仪器驱动器的模型 VPP仪器驱动器的模型通过调用统一、通用的VISA库函数，并配置相应的参数， VISA库函数 通过调用统一、通用的VISA库函数，并配置相应的参数， 就可以控制各种不同接口的仪器。当测试任务发生变化， 就可以控制各种不同接口的仪器。当测试任务发生变化， 需要更换其它仪器时，只需更新仪器驱动程序， 需要更换其它仪器时，只需更新仪器驱动程序，并相应 调整VISA函数的参数，而无需修改应用程序的代码。 VISA函数的参数 调整VISA函数的参数，而无需修改应用程序的代码。测试应用程序

VISA(软

件 I/O 层) VPP 驱动器 仪器驱动器 A 仪器驱动器 B 仪器驱动器 C

受控仪器 A

受控仪器 B

受控仪器 C

图12-10 VPP仪器驱动模型 仪器驱动模型

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可互换虚拟仪器驱动器(Interchangable Virtual 可互换虚拟仪器驱动器( Instruments简称IVI) Instruments简称IVI)模型 简称IVIIVI标准制定了一个统一的规范 IVI标准制定了一个统一的规范，使测试软件系统具有更 标准制定了一个统一的规范， 大的硬件独立性， 更短的开发周期， 大的硬件独立性 ， 更短的开发周期 ， 更低的维护和支持 费用以及更高的运行效率。 费用以及更高的运行效率。 目前 ， 制定了五类仪器的 IVI 标准 ： 示波器 / 数字化 仪 IVIScope) 数字万用表( IVIDmm) ( IVIScope ) ; 数字万用表 ( IVIDmm ) ; 任意波形发生 器 / 函数 发生器 ( IVIFGen ) ; 开关 / 多路复 用 器 / 矩阵 函 数发生器 IVISwitch) 电源(IVIPower) (IVISwitch);电源(IVIPower)。 IVI仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分 IVI仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分， 仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分， 核心是仪器属性和状态缓存。 核心是仪器属性和状态缓存。 和 VISA 相比 ， IVI 扩展了 VPP 仪器驱动器的标准 ， 并具备 VISA相比 IVI扩展了 VPP仪器驱动器的标准 相比， 扩展了VPP 仪器驱动器的标准， 状态缓存、仿真、多线程等特性。 状态缓存、仿真、多线程等特性。

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IVI仪器驱动器模型 IVI仪器驱动器模型测试应用程序

IVI 专门驱动 IVI 引擎 IVI 专门驱动

VISA(软件 I/O 层)

仪器驱动器 A

仪器驱动器 B

仪器驱动器 C

受控仪器 A

受控仪器 B

受控仪器 C

图12-11 IVI仪器驱动器模型 仪器驱动器模型

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