现代测试系统-智能仪器

VI构成方式
VI系统有多种构成方式： • PC—DAQ测量系统：是以数据采集卡、信号调理 电路及计算机为仪器硬件平台组成的测试系统。 • GPIB系统：是以GPIB标准总线仪器与计算机为硬 件平台组成的测试系统。
• VXI系统：是以VXI标准总线仪器与计算机为硬件 平台组成的测试系统。 • 串口系统：是以Seial标准总线仪器与计算机为硬件 平台组成的测试系统。
(2)数据分析处理功能
虚拟仪器充分利用了计算机的存储、运算功能，并通过软件实 现对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理 ＼数字滤波统计处理、数值计算与分析等。虚拟仪器比传统仪器 以及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能。 (3) 测量结果的表达 虚拟仪器充分利用计算机资源如内存、显示器等，对测量结果 数据的表达与输出有多种方式，这也是传统仪器远不能及的。例 如，虚拟仪器可以实现： • 通过总线网络进行数据传输；
功能单一，操作不便
虚拟仪器的分类:
从技术发展的角度来看，虚拟仪器走的是两 条技术路线： 一条是向高速、高精度、大型自动测试设备 （ATE）方向发展，即GPIB（1975）→VXI （1987）→PXI（1997）的发展路线； 另一条是向高性能、低成本、普及型系统方 向发展，即PC插卡（1987）→并口式 （1995）→串口USB（1999）的技术路线。
• 现场总线系统：是以 Fieldbus标准总线仪器与计算 机为硬件平台组成的测试系统。
I/O接口设备
PC-DAQ
GPIB仪器 被测信号 计算机
串口仪器
VXI模块
PXI模块
虚拟仪器的构成方式
无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器 硬件与各类计算机相结合，其中PC-DAQ测试系 统是构成VI的基本方式。因为，实际上数据采集 系统DAS是构成各种标准总线仪器的基础，故虚 拟仪器是基于“信息的数据采集(ADC)-信号的分 析与处理(DSP)-输出(DAC)及显示”的结构模式 建立通用仪器硬件平台。在这个通用仪器硬件平 台上，调用不同的测量软件就构成了不同功能的 仪器。

第一代自动测试系统
第一代自动测试系统多为专用系统，通常是针对某 项具体任务而设计的。其结构特点是采用比较简单 的定时器或扫描器作为控制器，其接口也是专用的。 因此，第一代测试系统通用性比较差。
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第二代自动测试系统
第二代自动测试系统典型方块图如图所示。与 第一代自动测试系统的主要不同在于：采用了 标准化的通用可程控测量仪器接口总线(IEEE 488)及可程序控制的仪器和测控计算机(控制器)， 从而使得自动测试系统的设计、使用和组装都 比较容易。
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第三代自动测试系统 第二代自动测试系统虽然比人工测试显示出前 所未有的优越性，但是在这些系统中，电子计 算机并没有充分发挥作用，系统中仍是使用传 统的测试设备(只不过是配备了新的标准接口)， 整个系统的工作过程基本上还是对传统人工测 试的模拟。于是出现了虚拟仪器。
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第二类：并行口式虚拟仪器
最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它 们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机 上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数 字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生 器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据 记录仪、数据采集器。它们的最大好处是可以与笔记本计 算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台 式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛， 特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。
• 通过磁盘、光盘硬拷贝输出；
• 通过文件存于硬盘内存中；
• 计算机屏幕显示。
VI构成要素

虚拟仪器系统是由计算机、应用软件 和仪器硬件三大要素构成的。计算机与 仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。

软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的仪器 用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、 VEE等等。这些软件已相当完善，而且还在升 级、提高。以LabVIEW为例，这是基于图形化 编程语言G的开发环境，用于如GPIB、VXI、 PXI、PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成， 而且，具有很强的分析处理能力。

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电压输入自动校正
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智能仪器的一般结构：
一、在物理结构上，微型计算机内含于测量仪器。 微处理器及其支持部件是整个测试电路的一个 组成部分，但是，从计算机的观点来看，测试 电路与键盘、GPIB接口、显示器等部件一样， 仅是计算机的一种外围设备。 二、软件是智能仪器的灵魂。智能仪器的管理程 序也称监控程序，分析、接受、执行来自键盘 或接口的命令，完成测试和数据处理等任务。 软件存于ROM或EPROM.
有适配的电器特性即在逻辑电平方面要相符合。
数据兼容 一旦接口已使计算机和仪器实现了机械和
电器兼备它们就能通过数据线交换电信号信息，但需要 某种格式翻译，有种种编程能力的计算机通常能执行这 种功能，考虑到速度，往往把这个任务交给接口完成。
自动测试系统发展历程
自动测试技术源于70年代，发展至今．大致可分为 三代，其系统组成结构也有较大的不同。
智能仪器的基本组成
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智能仪器工作过程
1、微处理器接收来自键盘或GPIB接口命令， 解释并执行这些命令； 2、微处理器通过接口发出各种控制信息给测 试电路，以规定功能、启动测量、改变工作 方式等， 3、当测试电路完成一次测量后，微处理器读 取测量数据，进行必要的加工、计算、变换 等处理，最后以各种方式输出。
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第三类 GPIB总线方式虚拟仪器
GPIB总线(General Purpose Interface Bus), 即IEEE488通用接口 总线,是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线, 因此又叫 HPIB(HPInterfaceBus)。 该标准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛的应 用。这种系统是在微机中插入一块GPIB接口卡,通过24或25线 电缆连接到仪器端的GPIB接口。 当微机的总线变化时, 例如 采用ISA或PCI等不同总线,接口卡也随之变更,其余部分可保 持不变, 从而使GPIB系统能适应微机总线的快速变化。由于 GPIB系统在PC出现的初期问世, 所以有一定的局限性。如其 数据线只有8根, 用位并行、字节串行的方式传输数据,传输 速度最高1ＭＢy/ｓ,传输距离20ｍ(加驱动器能达500ｍ) 。
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(三)接
口
一个自动测试系统中，各仪器和设备之间的接口
的总体称为该自动测试系统的接口系统。显然，接 口系统是自动测试系统达到自动测试目的，使自动 测试系统各仪器和设备之间进行有效通信的重要环 节。
60年代中期以前，接口是专用的和非标准化的，即
是专门为某一自动测试系统而设计制造的，设计和 制造不具有重复性。
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接口的主要任务是在下列方面提供仪器与计算 机连接需要的兼容。 机械兼容 对接口的最简单的要求是提供机械兼容，
就是要有适当的连接器和它们之间的连线。
电磁兼容 接口的第二种作用是使ຫໍສະໝຸດ Baidu算机和探器之间
虚似仪器和传统仪器的比较 虚拟仪器
开发和维护费用低
技术是更新周期短 （0.5~1年） 软件是关键 价格低
传统仪器
开发和维护费用高
技 术 更 新 周 期 长 （5~10年） 硬件是关键 价格昂贵
开放灵活与计算机同 步，可重复用和重配 置 可用网络联络周边各 仪器 自动、智能化、远距 离传输
固定
只可连有限的设备
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虚拟仪器

虚拟仪器（Virtual Instrument简称VI）是 计算机技术同仪器技术深层次结合产生的 全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重 大突破，是仪器领域内的一次革命。虚拟 仪器是继第一代仪器——模拟式仪表、第 二代仪器——分立元件式仪表、第三代仪 器——数字式仪表、第四代仪器——智能 化仪器之后的新一代仪器。
现代测试系统
习惯把具有自动化、智能化、可编程化等功 能的测试系统称为现代测试系统。
1、智能仪器
2、自动测试系统
3、虚拟仪器
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1、智能仪器

所谓智能仪器是用以形容新的一代测量仪器．这类仪器仪表 中含有微处理器、单片计算机或体积很小的微型机，有时亦 称为内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。这类仪器， 因为功能丰富又很灵巧，国外书刊中常简称为智能仪器。
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LabView软件组成
1、编程设计图形化软件模块 提供图形 化编程环境，通过调用控件、库函数原 码模块进行仪器面板设计和数据分析处 理。 2、仪器驱动程序（Instrument Drivers) 与用户接口开发工具（User Interface Development)标准软件模块。
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2、自动测试系统 自动测试系统基本构成
一个自动测试系统，一般由四部分组
成：第一是微机或微处理器，它是 整个系统的核心；第二是被控制的测 量仪器或设备，称为可程控仪器； 第三是接口；第四是软件。
(一)微机(或微处理器) 这是整个系统的核心。在软件控制下， 微机控制够个自动测试系统正常运转，并 对测量数据进行某种方式的处理，如计算、 变换、数据处理、误差分析等；最后将测 量结果通过打印机、显示器、磁盘磁卡或 电表、数码显示等方式输出。
1． 虚拟仪器的内部功能 测量仪器的内部功能可划分为：输入信号的测量、转换、数 据分析处理及测量结果的显示四个部分。虚拟仪器也不例外， 但是实现上述功能的方式不同，下面按三个部分来叙述。 （1）信号采集与控制功能 虚拟仪器是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台，实现对信 号的采集、测量/转换与控制的。硬件平台由两部分组成： 1、计算机可以是笔记本计算机、PC机或工作站； 2、仪器硬件：可以是插入式数据采集板（含信号调理电路、A ／D转换器、数字 I／O、定时器、D／A转换器等），或者是 带标准总线接口的仪器，如 GPIB仪器、VXI仪器、RS－232仪 器等)。
虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同， 可分为五种类型：
第一类：PC总线——插卡型虚拟仪器
这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件 如LabVIEW相结合。但是受PC机机箱和总线限制，且有电 源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多 ，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总 线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂 贵。
智能仪器的特点 （1）具有自动校准的功能； （2）具有强大的数据处理能力； （3）具有量程自动切换的功能； （4）具有操作面板和显示器； （5）具有修正误差的能力； （6）有简单的报警功能。
自动校准功能
一般仪器在使用前都要进行刻度校准。 在使用中，随着仪表温度升高，元件的参 数往往会发生变化，还有诸如电网干扰、 噪声等因素的影响，原来校准好的状态会 受到破坏，导致前后测量的数据不一致。 智能仪器不仅可以自动校准．还可以在测 量过程中定期校准。这样测量的一致性条 件校好，减小了误差。
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(二)可程控仪器或设备 在自动测试过程中，测量仪器或设备的 工作，如测量功能、工作频段、输出电平、 量程等的选择和调节都是由微机所发控制 指令的控制下完成的。这种能接受程序控 制并据之改变内部电路工作状态，以及完 成特定任务的测量仪器称为仪器的可程序 控制，简称可程控，或称程控仪器。显然 程控仪器是组成自动测试系统的基本部分。