计算机测试技术

计算机测试技术第一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/62计算机测试技术计算机测试技术概述现场总线和智能传感器自动测试系统

虚拟仪器系统第二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一6.1

概述计算机在测试中的应用可追溯至20世纪50年代，到80年代，其已经开始应用到各种测试仪器中。2023/6/63与传统的模拟或数字仪器相比，计算机化测试仪器最主要的优点有：(1)能够对信号进行复杂的分析处理(2)能进行高精度、高分辨率和高速实时分析处理。(3)性能可靠、稳定，维修方便。(4)能够以多种形式输出信息。(5)具有多功能特性。可扩充处理功能，以满足各种要求。(6)能自动进行测试和故障监控。第三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一计算机测试系统从结构上划分:2023/6/646.1

概述一般由微处理器(或微机)、被控制的测量仪器或设备、接口和软件四部分。计算机化测试仪器由微机加插卡式硬件和采集分析软件组成。个人计算机为核心的仪器为个人仪器。现场总线控制系统第四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一6.2现场总线和智能传感器现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，是开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。2023/6/656.2.1现场总线现场总线可以完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间及生产现场与外界的信息交换。现场总线将自动控制系统中单个分散的测量控制设备变成网络节点，将它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自动任务的网络系统与控制系统。第五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/66现场总线测控系统既是一个开放的网络，又是一种全分布控制系统。6.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线第六页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/676.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线——现场总线的发展1984年，美国仪表协会(ISA)开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会开始现场总线体系结构与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定过程现场总线(ProcessFieldbus)标准，简称PROFIBUS，拉开了现场总线制定及其产品开发的序幕。1992年，由80家公司联合成立了ISP组织，着手在PROFIBUS的基础上制定现场总线标准。1993年，成立了WorldFIP组织，由120多个公司加盟该组织，并以法国标准FIP为基础制定现场总线标准。1994年，ISP和WorldFIP北美部分合并，成立了现场总线基金会FF(Field-busFoundation)。第七页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/686.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线——现场总线协议参考模型第八页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/696.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线——现场总线协议参考模型(1)物理层(第1层)(2)数据链路层(第2层)(3)网络层(第3层)(4)传输层(第4层)(5)会话层(第5层)(6)表示层(第6层)(7)应用层(第7层)第九页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/610——PROFIBUS总线6.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线PROFIBUS是ProcessFieldbus的简称。它是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准PROFIBUS协议将网络站点分为主站和从站。主站间以传递令牌的方式轮流掌握总线控制权，主站与从站间的数据通信由主站决定PROFIBUS有三种形式，即PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery，分散型外围设备)、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation，过程自动化)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification，现场总线报文规范)，第十页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/611——PROFIBUS总线6.2现场总线和智能传感器6.2.1现场总线(1)PROFIBUS-DP是一种适用于进行高速数据传输的通信连接，它是专门为自动化系统与在设备级分散的I/O之间进行通信而设计的。(2)PROFIBUS-PA是一种适用于过程自动化的形式，它可使传感器和执行器接在一根公用的总线上，根据IEC1158-2国际标准，PROFIBUS-PA采用双线进行总线供电和数据通信。(3)PROFIBUS-FMS。这是一种工业通信层次结构，用来解决车间级的通信任务。第十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/612——PROFIBUS总线6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器PROFIBUS协议结构图第十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/613——PROFIBUS总线6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器PROFIBUS现场总线的典型结构图第十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/614——基金会现场总线（FF）6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器基金会现场总线是由现场总线基金会组织开发的，是为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而设计的。其通信模型由四层构成，采用了ISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层，并增加了一层用户层。FF现场总线的物理层遵循IEC1158-2和ISA-S50.02中有关物理层的标准，定义了两种速率的总线，波特率为31.25kbit/s的称为H1(低速)标准，波特率为1Mbit/s的称为H2标准。第十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/615——基金会现场总线（FF）6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器第十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/616——基金会现场总线（FF）6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器FF现场总线的拓扑结构图第十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/617——LONWORKS总线6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器LONWORKS采用LONTALK通信协议，该协议遵循ISO/OSI参考模型，提供了OSI所定义的全部7层服务。第十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/618——LONWORKS总线6.2.1现场总线6.2现场总线和智能传感器LONWORKS现场总线网络第十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6196.2.2智能传感器6.2现场总线和智能传感器所谓智能传感器，就是一种带有微处理器并兼有检测信息和信息处理功能的传感器一个真正意义上的智能传感器，必须具备学习、推理、感知、通信以及管理功能智能传感器基于现场总线数字化、标准化、智能化的要求，带有总线接口，能自行管理自己，在将检测到的现场信号进行处理变换后，能以数字量形式通过现场总线与上位机进行信息传递。——概念第十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6206.2.2智能传感器6.2现场总线和智能传感器——实现途径(1)非集成化实现将传统的经典传感器(采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信号的功能)、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统。第二十页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6216.2.2智能传感器6.2现场总线和智能传感器——实现途径(2)集成化实现智能传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，以硅为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上第二十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6226.2.2智能传感器6.2现场总线和智能传感器——实现途径(3)混合实现根据需要与可能，将系统各个集成化环节，如敏感元件、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。第二十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/623第二十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6246.2.2智能传感器6.2现场总线和智能传感器——集成化智能传感器的形式(1)初级形式。指组成环节中无微处理器单元，只有敏感单元与(智能)信号调理电路，二者被封装在一个外壳里。(2)中级形式/自立形式。指在组成环节中包括敏感单元、信号调理电路和微处理器单元，即一个完整的传感器系统全部封装在一个外壳里的形式。(3)高级形式。指集成度进一步提高，敏感单元实现多维阵列化时，同时配备了更强大的信息处理软件，具有更高级的智能化功能的形式。第二十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6256.2.3智能传感器的集成技术6.2现场总线和智能传感器智能传感器的集成技术可分为集成电路工艺和微机械加工工艺两部分。第二十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6266.2.4智能传感器系统智能化功能的实现方法6.2现场总线和智能传感器智能传感器系统具有非线性自动校正功能，可消除整个传感器系统的非线性系统误差，提高了精度。智能传感器系统具有自校零与自校准功能。智能传感器系统所具有的抑制噪声的智能化功能智能传感器系统是在最少硬件条件基础上，采用强大的软件优势来“赋予”智能化功能的。如：智能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换量程，定期进行自校验、自寻故障、自行诊断等多项措施保证系统可靠地工作。第二十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6276.3自动测试系统6.3.1自动测试系统的概念(AutomaticTestSystem，ATS)自动测试系统一般由自动测试设备、测试总线和测试软件三大部分组成。自动测试设备是指用来完成测试任务的全部硬件和相应的操作系统软件；测试总线是用于连接各类测试设备的总线；测试软件则是在某一个开发平台上开发的用于完成整个测试的软件系统。第二十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6286.3自动测试系统6.3.2自动测试系统的发展与应用发展大体经历了三个阶段：第一代，总装阶段。将几种具有不同输入和输出电路的可程控仪器总装在一起形成一个组装系统。第二代，接口标准化阶段。研制和发展了具有标准接口总线(InterfaceBus，IB)系统的第二代产品。第三代，基于PC仪器(PersonalComputer-BasedInstrument)阶段。被称为个人仪器(PersonalInstrument)。典型代表是“虚拟仪器”第二十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6296.3自动测试系统6.3.2自动测试系统的发展与应用主要的应用场合有：(1)高速、高效率的功能和性能测试。(2)快速检测、诊断和维护，提高装备的机动性。(3)高档复杂设备的综合检测和过程监测。第二十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期一6.3自动测试系统6.3.3通用接口总线IEEE-488接口总线称为通用接口总线(GeneralPurposeInterfaceBus，GPIB)。它的作用是实现仪器仪表、计算机、各种专用的仪器控制器和自动测控系统之间的快速双向通信。1.IEEE-488.1IEEE-488.1是一种数字式8位并行通信接口，其数据传输速率可达1Mbit/s。第三十页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6316.3自动测试系统6.3.3通用接口总线——IEEE-488.1第三十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6326.3自动测试系统6.3.3通用接口总线——IEEE-488.132GPIB操作GPIB器件和接口功能信号及连线总线命令查询物理和电气特性第三十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6336.3自动测试系统6.3.3通用接口总线——IEEE-488.2IEEE-488.1标准(ANSI/IEEE标准488/1975)，没有定义信息的数据形式、状态报告、信息改变协议、通用设置命令或器件特定命令。第三十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6346.3自动测试系统6.3.4VXI总线VXI总线来源于VME总线结构。VME总线是一种非常好的计算机总线结构和必要的通信协议相配合，数据传输速率可达40Mbit/s。在每个VXI总线系统中，必须有两个专门的功能。第一个是0号槽功能，它负责管理底板结构；第二个是资源管理程序。每当系统加电或复位时，这个程序在对各个模块进行配置，以保证能正常工作。第三十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6356.3自动测试系统6.3.4VXI总线第三十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6366.3自动测试系统6.3.4VXI总线1.VXI总线的构成、环境和电气性能VXI总线的体系结构包括机械尺寸、电源、冷却、连接插座、模块连接、通信协议、电磁干扰等各方面，VXI总线标准都作了规定。(1)VXI总线标准规定(2)连接插座(3)本地总线(4)电磁相容性(5)冷却(6)电源第三十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6376.3自动测试系统6.3.4VXI总线2.VXI总线的通信VXI总线设备共有四种类型：寄存器基的设备、消息基的设备、存储器设备和扩展存储器设备。(1)寄存器基的设备及其通信方式寄存器基的设备的通信指通过寄存器的读写操作未完成，它的优点是速度快，(2)消息基的设备及其通信方式消息基的设备都配有公共通信单元和字串行协议，可保证与其他消息基的模块进行ASCII级的通信。第三十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6383.VXI的寻址6.3自动测试系统6.3.4VXI总线在VXI总线标准中，提供了IEEE-488主寻址、IEEE-488副寻址和嵌入式寻址三种寻址方式。三种寻址方式的对比。主寻址方式下，主控制器把每个VXI总线上的仪器都作为一个独立的IEEE-488来对待，这些仪器有唯一的IEEE-488地址，也有专用的命令和相应方式、状态字节和状态存储器。副寻址方式是利用IEEE-488总线的副地址寻址功能。嵌入式寻址方式下，用嵌入在消息中的原文字串来识别消息的接收者。第三十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6396.3自动测试系统6.3.5PXI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。PXI总线是以PCI计算机局部总线(IEEE1014-1987标准)为基础的模块仪器结构1.PXI模块尺寸PXI规范定义了一个包括电源系统、冷却系统和安插模块槽位的一个标准机箱。PXI规定系统槽(相当于VXI的零槽)位于总线的最左端，主控模块只能向左扩展自身的扩展槽，而不能向右扩展占用仪器模块插槽。第三十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6406.3自动测试系统6.3.5PXI总线2.PXI总线电气结构

PXI总线的电气结构图第四十页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6413.PXI总线特点6.3自动测试系统6.3.5PXI总线PXI总线是PCI总线的增强与扩展，是一种开放的仪器结构，与现有工业标准CompactPCI兼容，它在相同插件底板中提供不同厂商产品的互联与操作。4.PXI软件特性PXI需要采用标准操作系统架构如Windows2000/98C(WIN32)，同时还需要各种外部设备的设置信息和软件驱动程序。第四十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6426.3自动测试系统VXI与PXI的性能比较PXI当然领先，它不但传输速率较高，价格也相对较低，可以满足大多数的测试应用项目的要求，但是在高端领域，VXI仍然是最好的选择，它可以完成更复杂、更尖端的测试任务。第四十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6436.3自动测试系统6.4虚拟仪器系统6.4.1概述——VirtualInstrument，VI“虚拟”主要有两方面的含义：一方面指虚拟仪器的面板是虚拟的；另一方面指虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现。所谓虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机，它由通用计算机、模块化功能硬件和控制专用软件组成。第四十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6446.3自动测试系统6.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.2虚拟仪器的构成及特点1.虚拟仪器的构成第四十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6456.3自动测试系统6.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.2虚拟仪器的构成及特点从功能上划分，任何一台仪器，按其基本形式可分为以下三个主要功能：(1)输入：进行信号调整并将输入模拟信号转换成数字形式以便处理。(2)输出：将量化的数据转换成模拟信号并进行必要的信号调理。(3)数据处理：通常一个微处理器或一台数字信号处理器(DSP)可使仪器按要求完成一定功能。第四十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6466.3自动测试系统6.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.2虚拟仪器的构成及特点第四十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6476.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.2虚拟仪器的构成及特点6.3自动测试系统2.虚拟仪器的特点(1)测量精度高、重复性好。(2)测量速度高。(3)开关、电缆的数量减少。(4)系统组建时间缩短。(5)测量功能易于扩展。第四十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6486.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.2虚拟仪器的构成及特点6.3自动测试系统

虚拟仪器的分类：(1)PC总线插卡式虚拟仪器；(2)并行口式虚拟仪器；(3)GPIB总线方式的虚拟仪器；(4)VXI总线方式的虚拟仪器；(5)PXI总线方式的虚拟仪器。第四十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6496.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.3虚拟仪器的系统组成6.3自动测试系统

虚拟仪器系统的具体包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口或测试仪器。硬件接口包括数据采集卡、IEEE-488接口(GPIB)卡、串/并口、VXI控制器/接口卡、插卡仪器及其他接口卡。第四十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6506.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.3虚拟仪器的系统组成6.3自动测试系统虚拟仪器最常用的接口形式是数据采集卡，其功能是将现场数据采集到计算机，或将计算机数据输出给受控对象。用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便可构成数字存储万用表、信号发生器、示波器、动态信号分析仪等多种测量和控制仪器。第五十页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6516.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.3自动测试系统6.4.4VXIplus&play由1993年9月成立的VXIplus&play联盟制定的VXIplus&play标准，在VXI的基础上规范了软件和整个虚拟仪器体系。VXIplus&play标准由一系列VPP-X规范组成，它们分别规定了VXI系统的不同层次。VXIplus&play标准将典型的VXI系统的软件分为四个层次。第五十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6526.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.3自动测试系统6.4.4VXIplus&play第一层是I/O层，驱动程序用于VXI控制器、VXI设备之间的通信。第二层是设备驱动层。第三层是应用开发环境层，用来开发应用的VXI设备。第四层是用户层，实现虚拟仪器的功能。第五十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期一VXIplus&play则将操作系统、应用软件与VXI硬件结合起来，标准化了整个VXI系统。VXIplus&play极大地提高了虚拟仪器的可实现性，使仪器开发更轻松，仪器的实现更灵活。VXIplus&play标准系统解决了由于缺乏标准而出现的许多问题，使开发者能够开发出符合标准的仪器，最终使用户自行开发的仪器难度大大降低。2023/6/6536.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.3自动测试系统6.4.4VXIplus&play第五十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6546.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.3自动测试系统6.4.5虚拟仪器软件开发平台给定计算机能力和必须的仪器硬件后，构造和使用虚拟仪器的关键就是应用软件应用软件主要功能:(1)与仪器硬件的高级接口;(2)虚拟仪器的用户界面;(3)集成的开发环境;(4)仪器数据库。第五十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6556.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.3自动测试系统6.4.5虚拟仪器软件开发平台1.虚拟仪器的软件实现虚拟仪器的软件框架从底层到顶层，包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。(1)VISA库实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。(2)仪器驱动程序是完成对某一个特定仪器控制与通信的软件程序集。(3)应用软件是建立在仪器驱动程序之上，直接面对用户，完成自动测试任务的软件。虚拟仪器应用软件的编写有两种方式：一是应用通用编程软件进行编写；二是应用专业图形化编程软件进行开发。第五十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期一2023/6/6566.4虚拟仪器系统——VirtualInstrument，VI6.4.5虚拟仪器软件开发平台6.3自动测试系统2.虚拟仪器软件的开发平台(1)LabVIEW软件的开发平台(2)LabWindows/CVI软件开发平台(3)