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第12章测试系统集成技术12.1测试系统集成技术概述12.2测试系统中的通信技术12.3测试系统中的标准总线12.4测试系统中的硬件平台12.5测试系统中的软件平台12.6虚拟仪器简介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被测对象激励响应12.1测试系统及其集成概述图12-1第三阶段自动测试系统组成示意图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12.2测试系统中的通信技术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RS232/244/4852.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，高档测试仪器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。利用现有Internet资源，而不需要建立专门的拓扑网络。把TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中，使信号的传输通过TCP/IP进行，网络化仪器设备成为网络中的独立节点，信息可通过网络从一个节点传输到另一个节点，使实时、动态的在线测控成为现实。12.2.3无线通信技术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；若系统移动至它处时，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。无线通信网的测试系统，设备以无线方式进行通信，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、HomeRF和蓝牙等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、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。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，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，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。12.3.1IEEE488接口总线•由IEEE488接口总线组成的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。•接口总线包括8根数据线、3根挂钩线、5根管理线和地线。•定义了10种接口功能•属异步并行总线。•是一种外部总线，适用于一个实验室内相距20米以内的各设备之间互连。DIO1～DIO8设备D只能讲接口接口接口接口(例如纸带读出器）(例如打印机）(例如数字电压表）(例如计算机）设备A能讲、听及控制设备B能讲及听设备C只能听DAVNRFDNDACIFCANTSRQRENEOI数据母线（8条）数据拜特传递控制母线（3条）接口管理母线（5条）图12-2由IEEE488接口总线组成的自动测试系统12.3.2VXI总线VXI总线直接源于工业微机的VME总线，并在此基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、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。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。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、易于发挥计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，受到各界的广泛重视，获得了广泛应用２VXI测试系统硬件VXI系统的硬件配置主要考虑主机箱、仪器模块和控制器的选用。控制方式有：①GPIB总线控制方式②MXI总线控制方式③内嵌式计算机（控制器）控制方式嵌计入算式机槽1槽2VXI主机箱……图12-6内嵌式计算机控制方式的测试系统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（如VXI仪器模块，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。上述各部分共同完成自动测试系统的信号调理与采集功能，数据分析与处理功能，参数设置与结果表达测控计算机测试仪器资源被测设备GPIB/VXI总线或其它总线适配器通用接口图12-7自动测试系统的硬件平台基本组成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，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。“软件就是仪器”的思想改变了传统测量仪器的观念，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。12.5.2测试软件的标准化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。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，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。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，使得测试软件的标准化成为发展的必然趋势。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。SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、响应消息以及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，而不是相同的仪器。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，即纵向相容性、横向相容性和功能相容性。SCPI程控仪器模型，模型中的模块对应着SCPI命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，而是以清晰的信号流程来形成SCPI命令集。信号通道信号测量数据格式信号通道信号发生数据格式触发存储数据总线数据总线输入信号输出信号图12-8SCPI程控仪器模型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。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。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VPP仪器驱动器即插即用标准（VXIPlug&Play，简称VPP），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，并向多功能方面发展。VPP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。虚拟仪器软件体系（VirtualInstrumentsSoftwareArchitecture，简称VISA）VISA就是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称，一般称这个I/O函数库为VISA库，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，实现了I/O接口无关性。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，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，并相应调整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）仪器驱动器B受控仪器AVPP驱动器仪器驱动器A仪器驱动器C受控仪器B受控仪器C图12-10VPP仪器驱动模型可互换虚拟仪器驱动器（InterchangableVirtualInstruments简称IVI）模型IVI标准制定了一个统一的规范，使测试软件系统具有更大的硬件独立性，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。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）；任意波形发生器/函数发生器（IVIFGen）；开关/多路复用器/矩阵（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，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，并具备状态缓存、仿真、多线程等特性。IVI仪器驱动器模型测试应用程序VISA（软件I/O层）仪器驱动器B受控仪器A仪器驱动器A仪器驱动器C受控仪器B受控仪器CIVI专门驱动IVI专门驱动IVI引擎图12-11IVI仪器驱动器模型12.5.3测试软件开发环境1．基于文本模式的测试软件开发环境早期的测试软件采用的是面向过程的编程语言来开发，如BASIC、C等2.基于Windows图形模式的测试软件开发环境(1)可视化编程软件在图形化的操作系统Windows出现以后，可在计算机屏幕上模拟真实仪器。常用的有VisualC++、VisualBasic等有代表性的用于测试软件开发的可视化编程软件是LabWindows/CVI(2)图形化编程软件：具有代表性的是LabVIEW和VEE12.6虚拟仪器技术虚拟仪器的结构软面板计算机图12-12虚拟仪器的一般结构本章小结通信技术是测试系统的一项重要技术标准接口总线：IEEE488、VXI软件平台标准化虚拟仪器：“软件就是仪器”