第八章自动测试系统.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章,自动测试系统,8.1,概述,一、自动测试系统的组成,（,1,）控制器。主要是计算机，如小型机、微机、单片机等，是系统的指挥及控制中心，控制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。,（,2,）程控仪器设备。包括各种程控仪器、激励源、程控开关、程控伺服系统、执行元件，以及显示、打印、存储记录等器件，能完成一定的具体的测试及控制任务。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在控制器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程控仪器。,（,3,）总线与接口。是连接控制器与各程控设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换，包括机械插件、插槽及电缆等。,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计算机和仪器之间有适配的电器特性即在逻辑电平方面要相符合。,数据兼容,计算机和仪器之间实现了机械和电器兼容之后就可以通过数据线交换信息，但需要某种格式翻译，有编程能力的计算机通常能执行该任务，考虑到速度，往往把这个任务交给接口完成。,（,4,）测试软件。为了完成系统测试任务而编制的各种应用软件。例如，测试主程序、驱动程序，以及,I/O,软件等。,（,5,）被测对象。,二、自动测试系统的发展,自动测试系统是将检测技术与计算机技术和通信技术有机地结合在一起的产物。该研究领域约始于,1956,年美国的,SETE,计划，以解决军用电子设备的维护问题。它的发展大体经历的三个阶段：,（,1,）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。,（,2,）第二代与第一代自动测试系统的主要不同在于采用标准的通用可程控仪器接口总线（,GPIB,，也称,IEEE 488.ICE-625,标准接口）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。,（,3,）第三代为,PC,仪器阶段。出现了“虚拟仪器”，对测试理论、测试方法等都产生了重大影响,1,、虚拟仪器的基本概念,虚拟仪器是利用,PC,的显示功能模拟真实仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用,PC,软件功能实现信号的运算、分析、处理，由,I/O,接口设备完成信号的采集、测量与处理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”二字主要包含两个方面的含义。,（,1,）虚拟仪器面板上的各种“控件”所完成的功能是与实际器件是相同的。如由各种开关、按键、显示器等实现真实仪器的“通”、“断”；被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数设置；测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。,真实仪器面板上的器件都是“实物”，由“手动”、“触摸”来进行操作；而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的“图标”，“通”、“断”、“放大”等图标对应着相应的软件程序。这些程序已经设计好了，用户只需要选用代表改种软件程序的图形“控件”即可，由计算机的鼠标“键击”来对其进行操作。因此，设计虚拟面板的过程就是在“前面板”设计窗口中，从控制模板选取、摆放所需的图形“控件”。利用虚拟仪器软件开发工具，如,LabVIEW,图形化编程语言，在短时间内即可完成一个美观而又实用的“虚拟仪器前面板”的设计。,（,2,）在以,PC,为核心的硬件平台支持下，通过应用软件来实现仪器的测试功能，可以通过不同测试功能的软件模块组合来实现多种测试功能。,2,虚拟仪器的功能,测量仪器的功能可划分为：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与传统仪器不同。,（,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：,计算机可以是笔记本计算机、,PC,机或工作站；,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,),。,(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；,通过硬拷贝输出；,通过文件存于硬盘内存中；,计算机屏幕显示。,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。,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。,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。,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,1,y/,传输距离,20,(,加驱动器能达,500,),。,第三类,GPIB,总线方式虚拟仪器,第四类：,VXI,总线方式虚拟仪器,VXI,总线,(VME,busextension,for instrumentation),。该总线是,VME,计算机总线在仪器领域中的扩展,其中,VME,总线是一种工业微机的总线标准,主要用于微机和数字系统领域。,优点：系统具有小型便携、高速数据传输、模块式结构、系统组建灵活等特点。,1998,年修订的,2 0,版本规范提供了,64,位扩展能力,使数据传输率最高进一步提高到,80,y/,。,缺点：组建,VXI,总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。,有三种方法实现计算机至,VXI,总线仪器的通信：,（,1,）通过,IEEE488,的,VXI,总线通信,（,2,）通过,MXI,总线的,VXI,总线通信,（,3,）通过装入控制器内的,VXI,总线通信,第五类：,PXI,总线方式虚拟仪器,PXI,（,PCI,eXtensions,for Instrumentation,）,充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构,PCI,。,PXI,是一,个,模块化的平台。系统的物理主机是一,个拥,有,2,至,31,个,槽位的机,箱,，有的机,箱,还,带,有,内,置的,显示,器,和键盘,。机,箱,的,第,一槽（,Slot 1,）,是控制器槽。目前可以,使,用的控制器有很多，最,常见,的,两,种是,嵌入,式控制器,和,MXI-3,总线,桥,。,嵌入,式控制器是专为,PXI,机,箱空,间设计的,常,规计算机。,MXI-3,则,是一种,通过,台式计算机控制,PXI,机,箱,的扩展器，机,箱中,的,其,它槽位,被称,为外部设备槽，用于,插,置,功,能模块，,就像,计算机,里,的,PCI,槽（,2,3,）一,样,。,一,个,PXI,系统,通过,MXI-2,连,接,VXI,机,箱,，,就像,在,VXI,背板,上,直接插入,了一,个,VXI,嵌入,式控制器一,样,。工,程师,可以由,PXI,控制器设置,所,有的系统设备并与之,通信,，,从,而将,一,个已,有的,VXI,系统合并,到,一,个新,的,PXI,系统,中,。工,程师们,可以,根,据,需要,逐步,的,将他们,的,VXI,系统升级,到,PXI,。,使,用,MXI-3,，,台式计算机上的,CPU,可以,透,明,地设置,和,控制,PXI/,CompactPCI,模块。在,BIOS,和操作,系统,看,来，,PXI,模块,就像插,在,PC,上的,PCI,板卡,一,样,。,MXI-3,和,PXI,机,箱组,合是扩展系统,I/O,的一,个,极,佳选择,。,从,结构上说，,MXI-3,是一,个,PCI,到,PCI,的,桥,（,PCI-PCI bridge,）。,一块,PCI MXI-3,板卡,插,在台式计算机上，并与,插,在,PXI,机,箱,控制器槽,内,的,PXI MXI-3,模块,通过,电,缆,相,连,，,实,现,通信,。,图,3.PXI,配置的灵活性,8.2,通用接口总线,GPIB,GPIB,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。它的应用系统之间的快速双向通信。它的应用不但简化了自动测量过程，而且为设计和制造自动测试装置,(ATE,，,automatic test equipment),提供了有力工具。,IEEE-488,接口是一种数字系统，在它支持下的每个主单元或控制器可控制多至,10,台以上的仪器或装置，使其相互之间能通过总线以并行方式进行通信联系。这种组合测试结构通常由,PC,或专用总线控制器来监控。而监控软件可用,C,或,C+,语言来编程。利用,PC,平台界面及软件包等脱离硬件框架的模式可以很容易地按给定的应用要求构筑一个检测体系。,一、,IEEE-488.1,1,、,IEEE-488.1,技术概况,数字式,8,位并行通信接口,数据传输速率可达,(1Mbps),支持一台系统控制器,(,通常是,PC),和多达,10,台以上的附加仪器,各有关装置之间通过一根含,24,根导线的集装通信缆联系。这根通信缆两端都有一个阳性和阴性连接器。这种设计使装置可以按总线形或星形结构连接（图,8.1,）,图,8.1 GPIB,系统结构,a),线形结构,b),星形结构,使用负逻辑,(,标准的,TTL,电乎,),，任一根线上都以零逻辑代表“真”条件,(,即“低有效”条件,),，这样做的重要原因之一是负逻辑方式能提高对噪声的抗御能力。通信统通过专用标准连接器与设备连接（图,8.2,）,#24,#13,#1,#12,图,8.2,标准,IEEE-488.1,连接器,2,、,GPIB,操作,GPIB,采用字节串行,/,位并行协议。,输送的信息有：,数据信息：基于装置的信息,命令信息（命令）：管理总线本身的信息,3,、,GPIB,装置和接口功能,（,1,）装置：,控者：通常,为,PC,讲者：如,DVM,听者：如打印机,（,2,）接口功能,8,GPIB,接口功能,助记符,说明,讲者或扩展讲者,T，TE,作为讲者必备的能力,听者或扩展听者,L，LE,作为听者必备的能力,握手源,SH,能,正确输送综合报文的装置,握手受者,AH,能正确接收远距离综合报文的装置,远,控,/,本控,AL,允许装置在远控（接收总线控制信息）和本控（接受面板控制）间切换,服务请求,SR,装置请求控制服务,并行查询,PP,供,控制器查询,装置清除,DC,使,装置回到某种指定的初始状态,装置触发,DT,由,控制器发“启动”命令后启动测试,控制,C,对,系统控制和管理,驱动器,E,描述电驱动的类型,表,8.1 GPIB,接口功能简表,4,、信号及连线,GPIB,有,16,条信号线和,8,条地回送线。,16,条信号线分为三组,：,数据线,8,条；接口管理线,5,条，握手线,3,条。分述如下：,(1),数据线,它们以并行方式输送数据，每根线传送一位，其中前,7,位构成,ASCII,码，最后一位作其他用，如，奇偶校验等。,(2),接口管理线,接口清理线,(IFC,，,Interface Clear),它只能由系统控者来控制，用于控制总线的异步操作。它是,GPIB,的主控复位线,提醒线,(ATN,Attention),供执行控者使用，分为申报型或不申报型。用于向装置通告当前数据类型。,远距使能,(REN,，,Remote Enable),由控者用来将装置置入到远距离状态,终止或识别,(EOI,，,End Or Identify),与,ATN,线配合发出,END,和,IDY,消息,服务请求,(SRQ,，,Service Request),当一个装置需要向执行控者请求服务时发出此信号,（,3,）,握手线,NRFD(Not Ready for Data),指出该装是否已准备好接收一个数据字节，此线由听者驱动,NDAC(Not Data Accepted),指出该装置是否已收到一个数据字节，此线由听者驱动。在此握手模式下，传输速率将以最低的执行听者为准，因为讲者要等待到所有听者都完成工作。在发送数据和等待听者接收之前，,NRFD,应被置于“非”。,DAV(Data Valid),指出数据线上的信号是否稳定、有效和可以被装置验收。当控者发送命令和讲者发送数据信息时都要发送一个,DAV,。,图,8.3,描述了三线握手的时序。,图,8.3,三线握手过程,二、,IEEE-488.2,IEEE-488.2,提高了,GPIB,系统的兼容性和可靠性。例如：,IEEE-488.1,没有定义信息的数据形式、状态报告、信息改变协议、通用设置命令或装置特定命令。而,IEEE-488.2,标准解决了这些问题并对,IEEE-488.2,控制器和,IEEE-488.2,仪表作了明确定义，使之比前者更为可靠和有效，同时还与前者兼容。,在控制器方面，,IEEE-488.2,降低了一些要求：为使编程简易，,IEEE-488.2,还定义了高层控制协议。它发挥了若干个控制序列的作用；,在仪器方面，,IEEE-488.2,定义了一套必要的通用命令，所行装置都必须遵照执行。,SCPI,规范就是以这些统一命令为基础建立的。新标准也定义了状态报告，在,IEEE-488.1,仪表所使用的状态字节上作了扩展。,三、,GPIB,的软件支持,IEEE-488,可在各种层次上实现软件支持，厂家一般提供一个规程库，它可与一种高级语言,(,如,C,语言,),程序连接。,这些规程可从标准编译器那里调用。标准编译器运行在普通环境下，如,DOS,和,Windows,。,另外还可使用辅助软件，如内部控制程序等等。他们允许用户直接控制装置，而不必借助一个程序。此外,，,LabWindows,和,Labview,软件,(,美国,NI,公司提供,),也是功能强大的支持环境和开发工具，前者适用于,C,和,Basic,语言，它们提供绘图库，并为仪器提供,GPIB,、,RS-232,、,VXI,软件驱动。,8.3 VXI,总线,1987,年，一些著名的测试和测量公司联合推出了,VXI(,VMEbus,extentions,for instrumentation),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,总线来源于,VME,总线结构。,VME,总线是一种非常好的计算机底板结构，和必要的通信协议相配合，数据率可达,40Mbps,，,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。,VXI,总线的消息基设备,(message based device),具有,IEEE-488,仪器容易使用的特点，如,ASCII,编程等。同时，,VXI,总线和,VME,设备一样，有很高的吞吐量，可以直接用二进制的数据进行编程和通信，和这些,VME,设备相对应的是,VXI,寄存器基的设备,(,regeister,based,deviced,).VXI,的构成如图,8.4,所示。,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，这个程序就对各个模块进行配置，以保证能正常工作。,仪器环境,资源管理,0,号槽功能,IEEE-488,(,容易,),VME,（,快速）,VXI,ASCII,图,8.4 VXI,的构成,一、,VXI,总线概述,1,、,VXI,总线系统结构,(,下图,),图,8.2 VXI,总线系统的几种典型结构,2,、,VXI,总线的构成及功能,在,VXIbus,系统的结构从功能上分，有以下,8,种总线：,VME,计算机总线；,时钟和同步总线；,模块识别总线；,触发总线；,相加总线；,本地总线；,星形总线；,电源线,3,、,VXI,总线的通信,（,1,）,VXI,总线设备类型,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。这里主要介绍最常用的两种：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。寄存器基的设备的通信只通过寄存器的读写操作来完成,它的明显优点是速度快因为寄存器基的设备完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速度通信可以使测试系统的吞吐量大大提高。,寄存器基的设备一般是用二进制命令与其他的设备进行通信，但由于这种设备也有一个内部微处理器，所以也能进行复杂的测量控制。,寄存器基的模块由于价格低廉而被广泛采用，但用二进制的命令编程却有许多不便。为此，,XXI,总线用命令者,(Commander),和受令者,(Servants),来解决这一问题。所谓的命令者是一种智能化的设备，被配置成寄存器基的设备的命令者。向命令者发送高级,ASCII,仪器命令它就会对这些命令进行解析，并向寄存器基的设备,(,受令者,),发送相应的二进制信息,（,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送信单元和字串行协议，以保证与其他消息基的模块进行,ASCII,级的通信，也便于多厂家的仪器相互兼容。消息基的设备由于要解析,ASCII,消息，通信速度会受到一定的影响。而且，消息基的设备一般都要使用微处理器，所以比寄存器基的设备成本要高。字串行协议要求每次只能传送一个字节，而且必须由板上的微处理器加以解析，因此，消息基设备的通信速度只限于,IEEE-488,接口的速度。然而，在消息基的模块中有时也包括有寄存器基的通信方式，用这种方式可以化解通信瓶颈现象。,在,VXI,总线结构中，还定义了由,IEEE-488,总线到,VXI,总线的接口，定义中对消息从,IEEE-488,总线到,VXI,总线的传送路径作了描述,.,这是一种特殊的消息基设备，它能把,IEEE-488,总线消息转换成,VXI,总线的字串行协议，供嵌入式消息基的仪器解析。,资源管理程序在,VXI,总线系统中的逻辑地址为,0,，,是消息基的命令发布者，它负责完成系统配置的任务，如设置共享的地址空间，管理系统的自检建立命令者,/,受令者体系等，然后把完全配置好了的系统交付使用。,二、,VXI,总线仪器系统软件,VPP,规范（,VXI,总线即插即用规范）,VPP,规范是对,VXI,总线标准的补充和发展，主要解决了,VXI,总线系统级的软件标准问题。,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，从而实现了,VXI,总线系统的开放性、兼容性和互换性，进一步缩短,VXI,系统的集成时间，降低了系统成本。,1,、,VXI,总线即插即用系统及其特点,VPP,规范提出的 目的是解决多生产厂家的,VXI,系统的易操作性与互操作性问题，并提供给用户进行系统维护、支持与再开发能力。符合,VXI,即插即用规范的虚拟仪器系统，称为,VPP,系统。,VPP,系统具有以下特点：,（,1,）系统性：结构化、模块化结构,（,2,）开放性：对厂家和用户都开放不仅是,VXI,虚拟仪器系统的设计指导规范，也是,VXI,虚拟仪器系统的应用指导规范,（,3,）兼容性：,VPP,系统中可以是各种仪器模块,（,4,）统一性：,VPP,的,核心是提供了一个统一的,I/O,接口软件（,VISA,）,规范，从而为不同的软件再同一平台中允许提供了统一的基础。在,VISA,基础上编写的仪器驱动程序及软面板等也都成了统一格式的标准模块。实现了仪器间的互操作性和互参与性。,VXI,自动测试系统应用程序,仪器驱动程序,仪器驱动程序,仪器驱动程序,I/O,接口软件（,VISA,库）,VXI,仪器模块,GPIB,仪器模块,其他仪器模块,虚拟仪器,系统软件结构,虚拟仪器,系统硬件结构,图,8.3 VXI,虚拟仪器结构框图,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,联盟共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,、,WIN95,、,WINNT,、,HP-UX,、,SUN,系统框架，并在此基础上，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,、,GWIN95,、,GWINNT,、,GHP-UX,、,GSUN,五种派生框架。,VPP,系统框架类型如表,8.3,所示。,表,8.3 VPP,系统框架的构成,Win/Win95/WinNT,SUN,HP-UX,ANSI-C,MS C+,Borland C+,LabWindows,/CVI,LabWindows,/CVI,Sunsoft cc,Sunsoft CC,POSIX c89,HP CC,Run-time link,MS C+,Borland C+,MS VB,LabWindows,/CVI,Lab VIEW,HP VEE,Lab VIEW,HP VEE,Sunsoft cc,Sunsoft CC,Lab VIEW,HP VEE,POSIX c89,HP CC,G,LabVIEW,LabVIEW,LabVIEW,3,、,VPP,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，有了它就不必了解每个仪器的编程协议和具体编程步骤，只需调用相应的一些函数就可完成对仪器各种功能的操作，且对仪器驱动程序的结构、功能及接口开发等作了详细规定。这样，通过使用仪器驱动程序就可以大大简化对仪器控制及测试程序的开发。,（,1,）,VPP,仪器驱动程序的特点,仪器驱动程序由仪器供应厂家提供,所有仪器驱动程序都必须提高程序源代码，而不是只提供可调用的函数。,仪器驱动程序的模块化和结构化,仪器驱动程序的一致性,仪器驱动程序兼容性和开放性,（,2,）仪器驱动程序的结构模型,1,）外部接口模型,应用程序,仪器驱动程序（函数体）,交互式开发者接口,编程式开发者接口,子程序接口,VISA I/O,接口,图,8.4,仪器驱动程序外部接口模型,仪器驱动程序的主体,仪器驱动程序通过本接口调用,VISA,这一标准的,I/O,接口程序，从而实现仪器驱动程序与仪器的通信问题,仪器驱动程序通过本接口调用其他软件模块（如数据库，,FFT,等）,交互式开发者接口,编程式开发者接口,子程序接口,VISA I/O,接口,图,8.5,仪器驱动程序内部设计模型,函数体,应用函数,初始化,函数,配置函数,作用,/,状态函数,数据函数,实用函数,关闭,函数,部件函数,应用程序,2,）内部设计模型,2,）内部设计模型,部件函数,初始化函数：是访问仪器驱动程序时调用的第一个函数，可用于初始化软件连接，也可执行一些必要的操作，使仪器处于默认的上电状态或其他特定状态。,配置函数：是一些软件程序，它对仪器进行配置，以便执行所希望的操作,。,作用,/,状态函数：使仪器执行一项操作，或者报告正在执行或已挂起的操作状态。这些操作包括激活触发系统，激励输出信号或报告测量结果。,数据函数：用来从仪器取回数据或向仪器发送数据。例如，具有这些函数的测量仪器将测量结果传送到计算机，波形数据传送到任意波形合成器以及数据传送到数据信号发生器等。,实用函数：该函数包括许多标准的仪器操作，如复位、自检、错误查询、错误处理、驱动程序的版本及仪器硬件版本。实用函数也可包括开发者自己定义的仪器驱动程序函数，如校准，存储和重新设定值等。,关闭函数：是最后调用的函数，它只是简单地关闭仪器与软件的连接。,应用函数,应用函数是一组以源代码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、触发和从仪器读取数据来完成整个测试操作。这些函数不仅提供了如何使用部件函数的实例，而且当用户仅需要一个面向测试的函数,接口,而不是使用单个部件函数时，它们也是非常有用的。应用函数本身是基于部件函数之上的。,从部件函数的类型,可以,看出，初始化函数、关闭函数以及实用函数是所有,V,PP,仪器驱程序都必须包含的，属于仪器的通用函数部分。,而,配置函数、动作,/,状态,函数以及数据函数是每个仪器驱动程序的不同部分，属于仪器的特定函数部分。根据测试任务的不同,，,将虚拟仪器粗分为三种类型：,测量,仪器、源仪器以及开关仪器，分别完成测量任务、源激励任务以及开关选通任务。在,V,PP,系统仪器驱动程序规范中将配置函数、动作,/,状态函数,以及数据,函数,通称用功能类别函数，对应以上的三种仪器类型，分别定义了三种功能类别函数的结构，即测量类函数、源类函数以及开关类函数。相应的仪器驱动程序的内部设计模型也可由,图,8.6,描述，它与图,8.5,是一致的，区别在于它对部件函数是按功能类别来划分的。,子程序接口,VISA I/O,接口,图,8.6,仪器驱动程序内部设计模型,交互式开发者接口,编程式开发者接口,应用程序,函数体,应用函数,初始化,函数,能力类别函数,实用函数,关闭,函数,部件函数,开关函数,源函数,测量函数,配置函数 读函数,需求分析,功能分析,信号类型,参数定义,测试流程,软件设计,整理文档,外置,计算机,内嵌,计算机,体系结构分析,机箱、控制器,仪器、专用模块、接口,测试设备选择,与配置,操作系统：,DOS,Windows95/NT,UNIX,开发平台,文本语言：,VC,VB,BCB,LabWindows,/CVI,图形语言：,LabVIEW,HP VEE,软件开发环境,硬件,软件,系统调试,对接,图,9.3.7,测试系统集成设计流程,三、,VXI,总线仪器系统的组建,8.4 PXI,总线,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。,PXI,总线是以,PCI,计算机局部总线,(IEEE 1014-1987,标准,),为基础的模块仪器结构，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。,1,、,PXI,总线特点,PXI,总线,是,PCI,总线的增强与扩展，并与现有工业标准,Compact PCI,兼容，它在相同插件底板中提供不同厂商产品的互连与操作。作为一种开放的仪器结构，,PXI,提供了在,VXI,以外的另一种选择，满足了希望以比较低的价格获得高性能模块仪器的顾客需求。,PXI,最初只能使用内嵌式控制器，后,NI,公司发布了,MXI,3,接口，扩展了,PXI,的系统控制，包括直接,PC,控制、多机箱扩展和更长的距离控制，扩大了,PXI,的应用范围。,可在一个,PXI,机架上插入,8,块插卡,(1,个系统模块和,7,个仪器模块,),，而且可以通过,NI,公司的多系统扩展接口,MXI,3,，,以星形或菊花链连接多个,PXI,机箱。当然，此时星形触发总线就无法起作用了,。,为了满足测控模块的需要，,PXI,总线通过,J1,连接器提供了,33MHz,的系统时钟，通过,J2,连接器提供了,10MHz,的,TTL,参考时钟信号,、,TTL,触发总线和,12,引脚的局部总线,。,这样同步、触发和时钟等功能的信号线均可直接从,PXI,总线上获得，而不需要繁多的连线和电缆。,PXI,也定义了一个星型触发系统，与,VXI,不同的是，它通过,1,槽传送精确的触发信号，用于模块间精确定时。,2,、,PXI,软件特性,（,1,）公共软件需求,PXI,规范制定了把,Windows2000,98(WIN32),作为,PXI,系统软件框架。不管运行于哪种,PXI,系统下的,PXI,控制器都必须能够运行现有的操作系统，控制器需要安装工业标准应用编程接口如,LabVIEW,、,Labwindows,/CVI,、,VB,、,VC/C+,或者,Borland C+,以实现工业应用。,PXI,要求为运行于某一操作系统下的所有外部设备提供相应的设备驱动程序。,PXI,标准要求所有厂商都要为自己开发的测试仪器模块开发出相应的软件驱动程序，从而使用户从繁琐的仪器驱动程序工作中解脱出来。,（,2,）其他软件需求,PXI,同样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。这些文件提供了利用操作软件如何正确配置系统的信息，比如两个相邻的模块是否具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。另外虚拟仪器软件体系结构已经广泛应用于计算机测试领域，,PXI,规范中已经定义了,VXI,、,GPIB,、,USB,等的设置和控制以实现虚拟仪器软件体系结构。,3,、,VXI,与,PXI,性能比较,1,）,PXI,系统产品的价格大约相当于,VXI,系统的一半到三分之二。,2,）市场上大部分的,BXI,模块是,C,尺寸,，,C,尺寸,VXI,卡,的面积是,PXI,插卡两倍,，,因而可以提供更多的功能。,3,）,VXI,通过,P3,连接器定义了一个由两条星型线组成的星型触发系统，这意味着星型触发必须配置,D,尺寸机箱和,D,尺寸模块才能工作；,PXI,也定义了一个星形触发系统，与,VXI,不同的是，它通过,1,槽传送精确的触发信号，用于模块间精确定时，从而使预算相对大大降低。,4,）一个,PXI,机箱最多只有,7,个插槽可插通用模块，不能满足需要；与此相比，,13,槽,C,尺寸,VXI,机箱能提供给设计者,12,槽位置,，,一般不用通过机箱级联，就能满足实际需要了，而且，,C,尺寸的,VXI,模块比,3U,或,6U,尺寸的,PXI,模块能够集成更多的功能。,5,）如果从性能上考虑，,PXI,是当然领先，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。,选择哪种总线技术是用户在组建测控系统时首先遇到的问题，其实,VXI,与,PXI,之间的差别比较微妙，选择哪一种总线技术取决于具体应用，取决于应用项目的复杂程序、要求的速度以及用户的预算。从价格上考虑，优先选择,PXI,系统：而对于更大型、复杂的应用，可选择,VXI,。,8.5,虚拟仪器软件,虚拟仪器由两大部分构成：,1,）应用程序：实现虚拟面板功能的前面板软程序；定义测试功能的流程图软件程序,2,）,I/O,接口仪器驱动程序：完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信,常用软件：文本式编程语言：,C,、,VC+,、,VB,，,Labwindows,/CVI,等。图形化编程语言：,LabVIEW,、,Agilent,VEE,等,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。,LabView,软件组成,8.6,无线传输技术,近年来，在低功耗、低成本消费类电子产品对数据通信的强烈需求的推动下，短距离无线通信技术得到快速发展，无线区域网（,WLAN,）、蓝牙技术、,ZigBee,技术及移动自组织网络技术、无线网格网络（,WMN,）技术取得了巨大进展。,典型的短距离无线通信系统，由一个无线发射器（包括数据源、调制器、,RF,源、,RF,功率放大器、天线、电源）和一个无线接收器（包括数据接收电路、,RF,调制器、译码器、,RF,低噪声放大器、天线、电源）组成。发射器的数据通过无线发射出去，接收器天线接收后，进行处理，得到经过校验的数据。,目前应用广泛的短距离无线通信技术主要有,IEEE802.11,、蓝牙、,IrDA,、,UWB,、,ZigBee,等。与目前己经具备相当规模的无线长距离通信网络,(,如蜂窝移动通信网,),相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务,(,数据、话音,),上，均有很大的不同。,IEEE802.ll,802.11,是个系列标准，由,5,个现行有效的标准,802.11,、,802.lla,、,802.1lb,、,802.1lb-Corl,、,802.11c,和,5,个正在发展制定中的标,准,802.1le,、,802.11f,、,802.11g,、,802.llh,、,802.11i,组成。,IEEE802.llb,技术标准是无线局域网的国际标准，该标准工作在,2.4GHz,的频段上，采用了补码键控,(CCK),调制技术和直接序列调频,(DSSS),技术，最大传输速率可达,1IMbit/s,，并且可以根据情况的变化，在,11Mbit/s,、,5.5Mbit/s,、,2Mbit/s,、,1Mbit/s,的不同速率之间自动切换，且在,2Mbit/s,、,1Mbit/s,的速率时与,802.11,兼容。,蓝牙（,Bluetooth,）技术,蓝牙技术是由移动通信公司与计算机公司联合开发的传输距离约为,10,米左右的短距离无线通信标准。用来在笔记本计算机、移动电话、家庭,Hub,等众多无线设备之间建立起一种小型、经济、短距离的无线链路。,蓝牙技术具有如下的特点，第一，可同时发送语音与数据，蓝牙技术定义了电路交换与包交换的数据传输类型，能够同时支持语音与数据信息的传输。第二，使用全世界通用的频段，使用该频段的产品无须事先申请也无须交纳频率使用费。为了避免与此频段上的其它通信系统互相干扰，蓝牙技术采用频率跳跃技术来消除干扰和降低电波衰减。第三，低功耗与低成本的模块，蓝牙技术在定义时即以轻、薄、小为目标，希望能够将蓝牙技术组合在单芯片内，达到单芯片低成本、低功率、体积小的目标。单芯片与许多的电子元件组成