面向21世纪 高职高专系列教材,电子测量实训教程第2版 电子教案,主编 肖晓萍,机械工业出版社,目 录 第1章 绪论 第2章 误差分析和测量数据处理 第3章 常用电子测量仪器 第4章 示波测试和测量技术 第5章 电路元器件参数的测量 第6章 电子电路参数的测量 第7章 频域测量 第8章 数据域测量 第9章 自动测试系统,第9章 自动测试系统 本章要点 9.1 自动测试系统的基本概念 9.2 几种总线标准 9.2.1 通用接口总线 9.2.2 VXI总线 9.2.3 PXI总线 9.2.4 VVP规范 9.3 虚拟仪器 9.3.1 虚拟仪器系统结构 9.3.2 计算机虚拟仪器图形编程LabVIEW 9.3.3 LabVIEW的应用实例 9.4 实训 9.5 习题,本章要点,自动测试系统的基本概念 几种总线标准（通用接口总线、VXI总线、PXI总线、VVP规范） 虚拟仪器的概念 LaVIEW7.0,9.1 自动测试系统的基本概念,自动测试系统（ATS，Automatic Test System），就是在计算机的控制和管理下，很少需要人工参与，由各种测量仪器对电量、非电量进行自动测量、数据处理，并以显示、打印等适当的方式给出测量结果的系统。 自动测试系统一般包括五部分组成： (1)控制器 (2) 程控仪器、设备 (3) 总线与接口 (4) 测试软件 (5) 被测对象,自动测试系统的发展经历了三个阶段： 早期的自动测试系统是根据测量任务的需要，自行设计专用的接口控制电路，以解决仪器和仪器、仪器和计算机之间的接口问题，称为第一代自动测试系统。 第二代自动测试系统是采用标准化的接口总线，系统采用积木式结构，由现成的具有标准总线接口（GPIB）的通用仪器组成。 第三代自动测试系统是以计算机为核心，用软件代替硬件产生激励信号和完成各种测试功能，系统中各仪器的功能设置和测量操作都由计算机完成。它包括个人仪器系统、VXI总线仪器系统，PXI总线仪器系统等，可统称为虚拟仪器系统。,1GPIB的发展 GPIB（General Purpose Interface Bus）也叫GP-IB，是由美国HP公司于20世纪60年代末、70年代初首先开发出来的一种实用的仪器接口系统。 IEEE和IEC分别于1975年和1977年把GPIB定义为IEEE488标准和IEC625标准。 IEEE - 488接口（通常被称为通用接口总线）作为自动化测试中仪器互连的统一的标准，它能实现仪器仪表、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。,9.2 几种总线标准 9.2.1 通用接口总线,2. GPIB总线简介 （1）GPIB总线结构 图9-1 16条信号线分为8条数据线、5条控制线和3条握手线。 8条数据线 DIO1DIO8以并行方式传送命令、地址和数据。 5条控制线 ATN（ATTENTION注意）线 IFC（INTERFACE CLEAR接口清除）线 REN（REMOTE ENABLE远程使能）线 SRQ（SERVICE REQUEST服务请求）线 EOI(END OR INENTIFY一一结束或识别）线 3条握手线，DAV线、NRFD线、NDAC线，用于控制设备之间消息字节的传送。,3. GIIB接口功能的设置 GIPB系统的设备有控者、讲者和听者3种属性。 控者控制者，用于指明谁是讲者，谁是听者。 讲者提供命令或数据。 听者接收命令或数据。 GIPB标准设立了10种接口功能： 控者功能（C）、讲者功能(T)、听者功能(L)、源方挂钩功能（SH)、受方挂钩功能(AH）、服务请求功能（SR）、查询功能（PP）、远程本地功能（RL）、设备触发功能（DT）和设备清除功能（DC）。,4. GPIB握手协议 (1)DAV(Data Valid)：数据有效线。DAV=1（低电平）表示数据有效。此线由源方使用。 (2)NRFD(Not Ready For Data)：未准备好接收数据线。NRFD=1表示受方未准备好接收数据。只有各接收设备均准备好接收数据，NRFD才会为零（高电平）。 (3)NDAC(Not Data Accepetd)：未收到数据线。NDAC=1表示受方尚未收到数据。只有所有接收设备均接收到了数据，NDAC才会为零。 源方和受方之间利用三线握手技术以异步方式来进行数据传送的基本过程如图9-2所示。,5.GPIB寻址 在GPIB协议中，每个设备至少应该具有一个030之间的GPIB地址。 在同一系统中，不同的设备具有不同的地址。 讲地址由GPIB地址控制字的讲有效位TA 来形成，而听地址由GPIB地址控制字的听有效位LA来形成。 例如，一个设备的地址为1，控者发送16进制GPIB地址控制字41H（1000001）使之成为讲者。而控者的地址通常为0，它发送16进制GPIB地址控制字20H（0100000）使自己成为听者。 如果设备地址控制字用2个字节来设定，则前一个字节成为主地址，后一个字节成为副地址。主地址的编码格式如表9-1所示，副地址的编码格式如表9-2所示。,6. GPIB总线自动测试系统的组成 一个典型的GPIB总线自动测试系统I/O接口设备是由如图9-3几部分通过标准GPIB电缆连接而成。 计算机 GPIB接口卡 若干台具有GPIB接口的仪器,1.VXI总线简介 （1）VXI总线特点 VXI(VMEbus extensions for instrumentation)是由一种总线结构标准，是一种将测量仪器、主机架、固定装置、计算机及软件集为一体的电子插入式工作平台。 （2）VXI总线的结构 模块尺寸：规定了四种，如图9-4。 供仪器使用的其他资源 通信协议,9.2.2 VXI总线,机械结构：VXI总线结构规定了三种96芯的双列直插（DIN）连接插座，分别称为P1，P2和P3，如图9-5所示。 电气连接：VXI总线的电气连接如图9-6。 本地总线：如图9-7所示链式总线结构。 VXI总线标准为本地总线定义了5种信号类型，如表9-3。 其它：表9-4是VXI总线主机对电源的要求。 2VXI总线的通信 （1）VXI总线设备类型 有4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。最常用的是寄存器基的设备和消息基的设备。,（2）寄存器基的设备及其通信方式 寄存器基的设备(register bayed device)是最简单的一种VXI总线设备，常用来作为简单仪器和开关模块的基本部分。 寄存器的设备的通信是通过寄存器的读写操作用二进制命令与其他的设备进行通信。VXI总线用命令者（commander）和受令者（servants）来解决二进制的命令编程的不便问题。 （3）消息基的设备及其通信方式 消息基的设备一般是VXI总线系统中智能化程度较高的设备。消息基的设备都配有公共通信单元和字串行协议（指每次只能传送一个字节，且必须由板上的微处理器加以解析）。,3VXI总线的寻址 在VXI总线标准中，提供了三种寻址方式: IEEE-488主寻址方式 IEEE-488副寻址方式 嵌入式寻址方式 4VX1即插即用 VXI即插即用是使VXI产品更容易使用，提高多厂家的VXI系统的相互可操作性，改善VXI测量系统的使用效率。 VXI即插即用联盟规定了标准的通信软件接口，即虚拟仪器软件体系结构（VISA，Virtual Instrument Software Architecture）。所有的VXI即插即用计算机都必须配备VISA。 VXI即插即用驱动接口如图9-8所示。,1PXI总线简介 PXI（PCI Extension for Instrumentation）是由美国NI公司于1997年推出的测控仪器总线标准。是以PCI计算机局部总线（IEEEl014-1987标准）为基础的模块仪器结沟，目标是在PCI总线基础上提供一种技术优良的模块仪器标准。 2PXI总线结构 （1）机械尺寸 采用Eurocard规范，支持3U和6U两种模块尺寸，它们分别与VXIbus的A尺寸和B尺寸相同。,9.2.3 PXI总线,（2）电气结构 PXI总线是PCI总线的增强与扩展，与现有工业标准Compact PCI兼容，具有PCI的性能和特点，如包括32/64位数据传输线能力以及分别高达132MBps（32位）和264MBps（64位）的数据传输速度、支持3.3V系统电压、PCI-PCI桥路扩展和即插即用。PXI总线如图9-9所示。 3PXI软件特性 （1）公共软件需求 PXI规范制定了把Windows 2000/98（WIN32）作为PXI系统软件框架。控制器需要安装工业标准应用编程接口如LabVIEW、LabWindows/CVI、Visual Basic、VisualC/C +或者Borland C +。,（2）其它软件需求 PXI要求外部设备模块或者机箱的生产厂商提供其他的软件组件，如完成定义系统设置和系统性能的初始化文件必须随PXI组件一起提供。这些文件在操作软件如何正确配置系统时将提供信息，比如两个相邻的模块是否其有匹配的局部总线信息等。如果没有这些文件，则不能实现局部总线的功能。另外PXI规范中还定义了VXI、GPIB、USB等的设置和控制，以实现虚拟仪器软件体系结构。,1VPP系统的结构 美国NI，Tke Racal等五家仪器公司于1993年9月成立了VXI总线即插即用（VPP，VXIplugkplay）联盟，随后发布了VPP规范。 VPP规范制定了标准的系统软件结构框架，对操作系统、编程语言、I/O程序库、仪器驱动程序和高级应用软件工具等作了原则性的规定。 目前VPP联盟已制定了10个VPP技术规范文件（VPPlVPP10）： VPP1：章程文件； VPP2：系统框架规范；,9.2.4 VVP规范,VPP3.1:仪器驱动程序结构与设计规范； VPP3.2:仪器驱动程序函数体规范； VPP3.3：仪器驱动程序交互式开发者接口规范； VPP3.4：仪器驱动程序编程式开发者接口规范； VPP4.3：VISA库； VPP4.3.2：VISA的文本语言实现规范； VPP4.3.3：VISA的图形语言实现规范； VPP5：VXI部件知识库规范； VPP6；安装与包装规范； VPP7：软面板规范； VPP8：VXI模块主机箱与接收器互连； VPP9：仪器厂商缩写规范； VPP10：VXI plug&play图标规范与部件注册。 符合VPP规范的虚拟仪器系统（简称为VPP系统）的结构框图如图9-10所示。,2系统框架 根据硬件（PC或工作站）平台、系统软件及编程语言的不同，VPP联盟规定了十种系统框架，其中五种基本框架分别以其支持的操作系统命名，分别为WIN、WIN 95、WIN NT、HP-UX、SUN系统框架，在基本框架基础上，又分别派生出只采用NI公司的G（图形化）语言环境的系统框架，各在原基本框架名字前加上前缀G，即为GWIN、GWIN 95、GWIN NT、GSUN, GHP-UX五种派生框架。VPP系统框架类型如表9-5所示。,3仪器驱动程序 仪器驱动程序是一套可被用户调用的子程序，利用它只须调用相应的一些函数就可以完成对仪器各种功能的操。VPP仪器驱动程序包括两个模型。 （1）外部接口模型 表示仪器驱动程序如何与外部软件系统接口，如图9-11所示。它分为五部分： 函数体 交互式开发者接口 编程式开发者接口 VISA I/O接口 子程序接口,（2）内部设计模型 如图9-12所示。它定义了图9-11中仪器驱动程序函数体的内部结构，并作出详尽描述。 VPP仪器驱动程序的函数体主要由两个部分组成： 部件函数 是一些控制仪器特定功能的软件模块，包括初始化函数、配置函数、作用状态函数、数据函数、实用函数和关闭函数。 应用函数 是一组以源代妈提供的面向测试任务的高级函数，在大部分情况下，这些例行程序通过配置