测试技术与信号处理(中国矿大)第六章计算机测试系统

第六章计算机测试技术第一节概述

一、计算机测试仪器的发展历史

1、计算机辅助测试

在微机扩展槽中插入ADC卡，或用集成有ADC的通用单片机，自编或调用采集、分析处理软件。

2、PC机为主的数据采集及分析系统3、GPIB接口的自动测试系统以个人计算机为主，由一些高性能ADC、DAC插卡、专用预处理模块和专用测试分析软件组成的各种数据采集仪和分析仪。

以微机为核心，基于GPIB总线与多台专用测试仪互联的自动测试系统4、个人仪器与虚拟仪器

以微型计算机为核心，辅以一定的硬件设备，用通用或专用软件开发实现仪器功能软件的新一代测试仪器。二、计算机化测试仪器的主要特点

1、能对信号进行复杂的分析处理

如基于FFT的时域和频域分析，振动模态分析等。2、高精度、高分辨率和高速实时分析处理

可用软件对非线性误差进行修正；更高位数的模数转换，足够字长位数的数值运算，可使测试分析结果达到极高的幅值精度、频率精度和分辩率；获得大多数时、频域分析结果。3、能以多种形式输出信息

4、多功能

各类图形及图表能直观显示分析结果，磁盘存贮便于建立档案，数字通信可实现远程监控和远程测试。使用者可任意扩充分析处理功能，实现一台仪器作多种测试分析，仪器适应性强。5、自测试和故障监控仪器的自测试程序可对仪器自检并修复一些故障。三、计算机测试仪器的基本组成与传统测试系统相比之下，计算机辅助测试系增加了微机部份。典型的计算机辅助测试系统如图。1、微机系统微机系统是整个测试系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用。另外，利用其强大的信息处理能力和运算能力，实现信号的分析处理、逻辑判断、系统的自校正、自诊断等功能。2、数据采集子系统实现选路控制、信号的采集、转换等功能。将传感器输入的信号进行采集、转换、整理后，传送给微机系统。3、通信子系统实现本测试系统与其它系统、仪器仪表的通信。由通信子系统可根据实际情况灵活构造不同规模、不同用途的微机化测试系统。通信接口的结构及设计方法，与采用的总线规范和总线技术有关。4、输出控制子系统实现对被测对象、被测组件、控制对象、测试操作过程等的自动控制。5、基本I/O子系统实现人—机对话。输入修改系统参数、设置系统工作状态、输出测试结果、显示测试过程、记录测试数据等。第二节输入和输出通道一、信号输入通道计算机的模拟信号输入通道，主要有多路模拟开关（记为MUX），采样保持电路（记为S/H），A/D转换器及其与微处理机的接口电路组成。1、多路模拟开关多路模拟开关是可程控的多路“通/断”的电子开关。目前常用是由八路以上的输入通道，一路公共输出，计算机通过地址线和一个片选端进行通道选择。主要技术指标：导通电阻、导通时间、关断时间。

2、采样保持（S/H）电路

在A/D转化期间，应保持A/D转换器的输入信号值不变，以免A/D转换的输出发生错误。这种保持A/D转换期间输入信号不变的电路，称为采样保持电路。

采样状态：电路的输出始终跟随输入模拟信号；保持状态：电路的输出保持着前一次采样结束前瞬时的输入模拟量。图8-3S/H电路基本原理二、A/D通道的结构形式1、每通道具有独立的S/H电路和A/D转换器2、多通道分时共享S/H电路和A/D转换器

3、多通道共享A/D转换器4、主机算机管理的各通道独立变换和预处理三、D/A通道的结构形式1、每个通道有独自的D/A转换器

2、多路通道共享D/A转换器第三节总线和接口技术

一、概述1、总线的分类

按微机系统结构的层次分：芯片总线最低一级的总线，用来实现芯片之间的连接，也常称之为元件级总线。内总线比芯片总线高一层次，用来连接各种插件板，以组成完整的微机化仪器或系统，常称它为板级总线。外总线比内总线高一层次，用以实现仪器或系统之间的通信，以组成一种较大的系统，因此又称为通信总线。

按信息位传送方式分：并行总线同时并行地传递信息的所有位，速度快，但用线多，成本高，不宜远距离通信；串行总线把全部信息放在一条或两条导线上，一位接一位地分时串行传递，其速度慢，但用线少，成本低，适合远距离通信。2、总线规范机械结构规范总线中所规定的各机械结构参数。电气规范总线中所规定的各电气参数。

功能结构规范。规定总线上每条信号的名称和功能、相互作用的协议等。

3、总线的性能指标

总线宽度：数据总线的宽度，以位数(bit)为单位。寻址能力：地址总线的位数及所能直接寻址的存储器空间的大小。总线频率：总线周期的倒数传输率：每秒传送字节数总线的通信协议

4、总线的数据传输过程总线完成一次数据传输的时间称为一个传输周期，一般可分成4个阶段：申请分配阶段当系统总线上有多个主控模块时，要使用总线的主模块需提出申请，由总线分配仲裁功能确定把下一个传输周期的总线使用权授权给申请者。对于只有一个主控模块的简单系统，就无须这一阶段。寻址阶段

取得总线使用权的主模块通过总线发出本次打算访问的从属模块或设备编号的地址及有关命令，以启动参与本次传输的从属模块，建立数据传输通路。传输数据阶段

主模块与从模块或设备间进行数据交换，数据由源模块发出经数据总线流人目的模块。结束阶段

主、从模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线，以便其他模块使用总线。

5、总线的数据传输方式

同步式传输

主、从模块间的传输周期是固定的。其中每一步骤的起始时刻，主、从模块双方都要严格定的时间完成相应的动作。通常用系统时钟作为各模块动作的时间标准。微型计算机的CPU与存储器之间的数据传输就是典型的同步传输方式。异步式传输为了实现不同速度模块的配合，采取异步式传输，即主模块与从属模块之间通过“请求(REQ)和应答(ACK)信号线来协调传输过程而不依赖于系统时钟信号，从而增加了模块选择的灵活性。二、RS-232标准串行接口总线RS-232C接口总线（RS-RecommededStandard）是美国电子工业协会EIA（ElectronicsIndustriesAssociation）1969年公布的用二进制数据串行传送的一种标准接口。1、RS232C接口标准接口的联接器件

25条信号线，采用DB-25型25芯标准连接器。信号电平和逻辑

定义用±12Ｖ标称脉冲电平实现信息传送，采用负逻辑。-5V～-15V为逻辑“1”+5V～+15V为逻辑“０”。

-３Ｖ～+３Ｖ为过渡区，接口传送出错。串行通信字符格式

使用起始位和停止位作为异步传送方式的起止标志。每个字符必须由起始位开始，用停止位结束，称为一帧。数据传送速率

用波特率来描述数据传送的速率。其定义为每秒时间内传送串行字符的总位数，如每秒钟传送30个字符，每个字符由10位组成，则数据传送速率为300位／s,而波特率或位速率为３００。RS232C接口标准规定，波特率在50～19.2K之间共分11个等级，由用户按数据通信设备的快慢选用。2、RS232C的通信方式最小系统通信方式

三、仪器常用总线USB总线

USB(UniversalSerialBus)通用串行总线。其接口连接简单，可在不断电情况下进行连接，具有“即插即用”的功能。GPIB标准接口总线

GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)通用接口总线。命令级兼容的外总线，主要用来连接各种仪器，组建由微机控制的中小规模的自动测试系统。各种仪器只要配备了这种接口，就可以像搭积木一样，按要求灵活组建自动测量系统。VXI总线

VXI(VMEbusextensionsforinstrumentation)总线结构标准。它将测量仪器、主机架、固定装置、计算机及软件集为一体，是一种电子插入式工作平台。VXI是VME在仪器领域的扩展，用这样的总线结构来构成高吞吐量的仪器系统是非常理想的。PXI总线PXI(PCIExtensionforInstrumentation)是由美国NI公司于1997年推出的测控仪器总线标准，它是以PCI计算机局部总线为基础的模块仪器结构。PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。第四节微机化测试仪器

一、基于单片机的测试仪器

单片机：把一台微机的主要部件如CPU、ROM、EPROM、RAM、I/O接口、定时计数器和中断系统等，全部集中在一个芯片上，一些高性能的单片机甚至包括有A/D和D/A转换器、硬件乘除功能部件、通用串行接口、DMA控制器、CRT控制器、EPROM和译码驱动器等。二、虚拟仪器虚拟仪器（VirtualInstruments）以微型计算机为核心，辅以一定的硬件设备，用通用或专用软件开发实现仪器功能软件的新一代测试仪器虚拟仪器与传统仪器的比较1、虚拟仪器硬件结构