电子测量,曾涛或王化深第八章

1、第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统 一、概述 二、GPIB系统 三、智能仪器 四、测试计算机第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统1、微机化仪器定义、微机化仪器定义 电子测量仪器与微计算机结合，或内部含有若干个电子测量仪器与微计算机结合，或内部含有若干个CPU的测试仪器。的测试仪器。分为分为智能仪器智能仪器和和个人仪器个人仪器。2、自动测试系统的发展、自动测试系统的发展定义：定义：通常把最少人工参与下能自动进行测量、数据通常把最少人工参与下能自动进行测量、数据处理并以适当方式显示或输出测试结果的系统处理并以适当方式显示或输出测试结果的系统称为

2、自动测试系统（称为自动测试系统（ATS）。）。自动测试系统分为三代：自动测试系统分为三代：第一代：专用接口卡片，主要用于一些特定场合。第一代：专用接口卡片，主要用于一些特定场合。例如：自动数据采集系统，自动分析系统。例如：自动数据采集系统，自动分析系统。缺点：研制工作量大，费用高，适应性不强。缺点：研制工作量大，费用高，适应性不强。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统第二代：第二代：1975年年HP-IB通用接口卡片，通用接口卡片，1978年，年，国际承认，称为国际承认，称为GPIB系统。系统。通用接口通用接口母线系统母线系统特点：用标准化的接口母线把测试系统中各有关

3、设备特点：用标准化的接口母线把测试系统中各有关设备按积木的形式连接起来。按积木的形式连接起来。例如：例如：GPIB系统，系统，CAMAC系统系统优点：使用统一标准母线，消除专用接口设计的重复劳动；优点：使用统一标准母线，消除专用接口设计的重复劳动；组建方便，拆解容易。组建方便，拆解容易。缺点：没有充分使用计算机。缺点：没有充分使用计算机。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统第三代自动测试系统第三代自动测试系统特点：采用计算机软件代替传统仪器的某些硬件功能，特点：采用计算机软件代替传统仪器的某些硬件功能，如产生激励信号和测试功能。如产生激励信号和测试功能。特征：直接用来

4、产生测试信号和测试功能，而不仅仅特征：直接用来产生测试信号和测试功能，而不仅仅对系统或仪器进行一些指挥、管理及数据处理工作；对系统或仪器进行一些指挥、管理及数据处理工作；软件代替硬件。软件代替硬件。例如：虚拟仪器例如：虚拟仪器个人个人计算机计算机仪器仪器 插件插件第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统3、人工测试及自动测试系统框图、人工测试及自动测试系统框图测试人员测试人员电电压压源源信信号号源源电电压压源源记记录录纸笔纸笔绘绘图图纸笔纸笔被测器件被测器件人工测试系统人工测试系统第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统人工测试特点：人工测试特点：由

5、三部分组成，即人、被测件和仪器设备。由三部分组成，即人、被测件和仪器设备。人的作用有两方面，一方面为对测试过程的人的作用有两方面，一方面为对测试过程的指挥；一方面执行对设备的操作。指挥；一方面执行对设备的操作。测试速度较慢。测试速度较慢。例如：点频法，逐点测量法例如：点频法，逐点测量法第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统计计算算机机自动测试系统自动测试系统接口接口信信号号源源接口接口电电压压表表接口接口打打印印机机接口接口绘绘图图仪仪接口接口电电压压源源接口接口被测器件被测器件第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统二、二、GPIB系统系统器件器

6、件8条数据条数据母线母线3条数据条数据拜特传递控拜特传递控制母线制母线5条接口条接口管理母线管理母线DAVNRFDNDACIFCATNSRQRENEOIDI01DI08第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（一）、组成（一）、组成系统由系统由母线母线、接口接口和和器件器件组成。组成。母线母线IEEE488：IEC-625：24芯芯25芯芯16条信号线条信号线8条地线或屏蔽线条地线或屏蔽线16条信号线条信号线9条地线或屏蔽线条地线或屏蔽线接口接口接口功能：十种接口功能：十种接口功能状态图接口功能状态图第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统由由GPI

7、B联入自动测试系统的器件分为：联入自动测试系统的器件分为：控者控者：能控、能讲、能听：能控、能讲、能听讲者兼听者讲者兼听者：能讲、能听：能讲、能听讲者讲者：只能讲：只能讲听者听者：只能听：只能听例如：数字电压表是讲者兼听者例如：数字电压表是讲者兼听者打印机和绘图仪是听者打印机和绘图仪是听者纸带读出器是讲者纸带读出器是讲者第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统三组信号线的作用：三组信号线的作用：1、数据母线：、数据母线：8条，主要用于传送系统内的多线消息。条，主要用于传送系统内的多线消息。16条信号线又分为：数据母线、数据拜特传递控制条信号线又分为：数据母线、数据拜特传递

8、控制母线和接口管理母线母线和接口管理母线。采用编码的形式传送。采用编码的形式传送。2、数据拜特传递控制母线：挂钩母线，、数据拜特传递控制母线：挂钩母线，3条，用于保证条，用于保证数据母线多线消息能双向、异步、准确可靠地传递。数据母线多线消息能双向、异步、准确可靠地传递。3、接口管理母线：、接口管理母线：5条，用于管理借口本身的工作。条，用于管理借口本身的工作。三线挂钩技术三线挂钩技术第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统一、一、GPIB系统中，消息的分类：系统中，消息的分类：1、接口消息和器件消息、接口消息和器件消息接接口口功功能能器器件件功功能能器件器件接接口口功功能

9、能器器件件功功能能器件器件器件消息器件消息接口消息接口消息举例说明器件消息和接口消息举例说明器件消息和接口消息GPIB系统中消息的传递：系统中消息的传递：第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统2、单线消息和多线消息、单线消息和多线消息3、远地消息和本地消息、远地消息和本地消息4、主动消息和被动消息、主动消息和被动消息例如：命令电压表讲时，发电压表的讲地址，使电压表例如：命令电压表讲时，发电压表的讲地址，使电压表接口中讲功能进入受命状态，不影响电压表工作状态，接口中讲功能进入受命状态，不影响电压表工作状态，属于接口消息。属于接口消息。例如：计算机命令电压表工作在例如：计算

10、机命令电压表工作在“测量交流电压，量程测量交流电压，量程为为5V”的状态，为器件消息。的状态，为器件消息。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统二、多线接口消息二、多线接口消息作用：由控者发出，用来管理接口系统。作用：由控者发出，用来管理接口系统。分类：通令、专令和地址。分类：通令、专令和地址。见课本见课本457页表页表8-4三、多线器件消息：三、多线器件消息：主要有：程控指令、测量数据、状态数据、显示数据。主要有：程控指令、测量数据、状态数据、显示数据。四、管理母线四、管理母线第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（二）、工作特性（二）、工作特

11、性1、接口功能：十种、接口功能：十种接口功能接口功能源方挂钩源方挂钩受方挂钩受方挂钩讲者或扩大讲者讲者或扩大讲者听者或扩大听者听者或扩大听者服务请求服务请求远地远地本地本地并行查询并行查询器件清除器件清除器件触发器件触发控者控者符号符号SHAHT/ET L/ELSRRLPPDCDTC第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统2、器件设备四种、器件设备四种3、低电平有效、低电平有效4、地址、地址主地址主地址副地址副地址讲讲听听31 315、同时只有一个讲者，可有若干听者。、同时只有一个讲者，可有若干听者。6、电气特性、电气特性第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与

12、自动测试系统三、智能仪器（微机化仪器）三、智能仪器（微机化仪器）（一）、组成（一）、组成测试功能测试功能或或信号发生信号发生专用微专用微计算机计算机键盘键盘控制控制GPIB接口接口显示显示输出输出微计算机总线微计算机总线第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（二）、具有的优点（二）、具有的优点1、功能多、功能多2、具有传输功能、具有传输功能3、能进行数据处理、能进行数据处理4、面板控制开关简单、面板控制开关简单5、准确度高、准确度高6、集成化程度高、集成化程度高缺点：价格较贵缺点：价格较贵第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（三）、典型的智能仪

13、器（三）、典型的智能仪器1、美国、美国 FLUKE 8520A 数字多用表数字多用表（1）、组成）、组成见课本见课本414页图页图8-24 从图中看到，分为模拟板和数字板，对他们分别供电，从图中看到，分为模拟板和数字板，对他们分别供电，一个是浮地电源，一个是实地电源；模拟板用屏蔽罩加以屏一个是浮地电源，一个是实地电源；模拟板用屏蔽罩加以屏蔽并浮置，由一个单片机蔽并浮置，由一个单片机8048进行控制管理，主要用于处理进行控制管理，主要用于处理模拟信号，其中模拟信号，其中A/D变换部分采用了余数再循环技术。变换部分采用了余数再循环技术。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统

14、 数字板数字板核心核心是是Z80CPU，以及，以及ROM、RAM，也是整个，也是整个仪器的核心：仪器的核心：执行存在执行存在ROM中的程序；中的程序；管理键盘和管理键盘和GPIB接口工作；接口工作；管理管理RAM信息存入；信息存入；将信息转换为串行码传送到模拟板；将信息转换为串行码传送到模拟板；驱动显示器显示测量结果，或送给其他设备。驱动显示器显示测量结果，或送给其他设备。保护交连电路起到隔离作用。保护交连电路起到隔离作用。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（2）、余数再循环）、余数再循环A/D技术：技术：基准电压、输入通道、基准电压、输入通道、D/A变换器、余数放

15、大器、变换器、余数放大器、极性检测部分。极性检测部分。例：测一个例：测一个9.2V电压电压略。略。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统（3）、以电压测量为基础的数字多用表（）、以电压测量为基础的数字多用表（P291） 数字多用表（数字多用表（Digital Multimeter，缩写，缩写DMM）能能用于测量直流电压，交流电压、电流和电阻。交流电压、用于测量直流电压，交流电压、电流和电阻。交流电压、电流和电阻的测量都是先把它们变换成直流电压再进行电流和电阻的测量都是先把它们变换成直流电压再进行测量的。测量的。电流电流-电压变换电压变换电流的数字化测量电流的数字化测量原

16、理：是将被测电流通过已知电阻，在其两端产生电压原理：是将被测电流通过已知电阻，在其两端产生电压此电压即正比于被测电流。此电压即正比于被测电流。见下图。见下图。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统保险保险0.1 0.9 9 9 0 900 200 A2mA20mA200mA2A至至DVM电流电流-电压变换器电压变换器第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统电阻电阻-电压变换器电压变换器电阻的数字化测量电阻的数字化测量原理：一个恒流源电流通过被测电阻产生一个压降，原理：一个恒流源电流通过被测电阻产生一个压降，测量被测电阻两端电压，可完成电阻的数字化测

17、量。测量被测电阻两端电压，可完成电阻的数字化测量。实际测量中，有两种模式实际测量中，有两种模式两端电阻测量两端电阻测量四端电阻测量四端电阻测量四端电阻测量低电阻时有较高的准确度。四端电阻测量低电阻时有较高的准确度。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统2、HP3325A合成器合成器/函数发生器函数发生器特点：特点：分辨力高达分辨力高达1 Hz；采用微机化小数分频技术。采用微机化小数分频技术。微机可控直接数字频率合成：微机可控直接数字频率合成：优点：优点：输出频率可以很高；输出频率可以很高；输出波形纯度高；输出波形纯度高；可以从数学表达式直接合成波形等。可以从数学表达式直

18、接合成波形等。第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统提高频率分辨力方法：提高频率分辨力方法：1、采用多环合成单元、采用多环合成单元PDPDVCOVCO 10(+)MN1N2fiN1fiN2fifof第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统缺点：电路太大缺点：电路太大例如：想得到例如：想得到18.9分频系数，则上图中，分频系数，则上图中，fi=100kHz，N1=9，N2=18，则有，则有iioioffffNNf9 .18)9 . 018()1 . 0(12 此时，分辨力从此时，分辨力从100kHz提高到提高到10kHz；但是，若想；但是，若想进一步

19、提高频率分辨力，需要把多个十进合成单元进一步提高频率分辨力，需要把多个十进合成单元级联起来，将会变成十分复杂。级联起来，将会变成十分复杂。2、利用微机可控小数分频技术、利用微机可控小数分频技术PDVCOfivi小数分频器小数分频器 N/ （N-1）微计算机微计算机fo第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统原理：原理：例如：例如：想得到想得到18.9分频系数分频系数,应采用应采用9次次19分频和分频和1次次18分频分频.则平均分频系数为则平均分频系数为:9 .18)19()118919( 方法方法:若想得到若想得到M.N分频分频, 应采用应采用N次次(M+1)分频分频和和(10A-N)次的次的M分频分频.这里这里A根据根据N的位数决定的位数决定, N为为1位位, A等于等于1所以所以, A等于等于N的位数的位数.第八章第八章 微机化仪器与自动测试系统微机化仪器与自动测试系统四、测试计算机四、测试计算机思考题：如何设计兼容