1、第9章 智能仪器和自动测试系统9.1 概述9.2 智能仪器9.3 自动测试系统本章小结9.1 概述由于近年来微型计算机和大规模集成电路的迅速发展，使得电子测量仪器与微机结合，形成了微计算机化的测量仪器。70年代中期产生了以微处理机为基础的智能仪器。它具有键盘操作和通信接口，可实现自动测量等特点，如智能化DVM、智能化DMM、智能RLC测量仪、智能电子计数器、智能逻辑分析仪、数字存储示波器等。70年代末期，GPIB接口总线将一台计算机和一组智能仪器联合在一起，组成自动测试系统。80年代初期，又出现了以个人计算机为基础，用仪器功能板卡扩展箱与个人计算机内部总线相连的个人仪器。个人仪器充分地利用了计
2、算机的软件和硬件资源，极大地降低了系统成本。近年来，又出现了虚拟仪器，它是由通用计算机、应用软件和必要的仪器硬件模块组成，通过计算机进行测量操作和结果显示，使用户感觉就像操作一台或多台自己专门设计的传统电子仪器一样。这些技术的采用，极大地改变了电子仪器和测试领域的发展进程，使之朝着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统的方向发展。9.2 智能仪器1智能仪器的特点（1）使用方便。智能仪器用键盘操作代替传统仪器中的各种旋钮或开关，仪器面板的布置与仪器功能部件的安排可以完全独立进行，既提高了仪器的技术性能又方便了仪器的操作使用。（2）测量准确度高。微处理器的运用极大地提高了仪器的运算性能。例如利
3、用微处理器的算术运算和逻辑判断功能按照一定的算法可以方便地消除由于零点漂移、增益的变化和干扰等因素所引起的误差，从而提高了仪器的测量准确度。（3）自动化程度高。智能仪器运用微处理器的程序控制功能，可实现量程自动转换、自动调零、电平自动调整、自动校准及自动诊断故障等功能。（4）强大的测量功能。智仪器运用微处理器的数据处理能力，可将几个基本参数的测量结果综合起来，经过运算处理间接获得所需其他参数。（5）具有人机对话能力。智能仪器具有较好的人-机对话能力和编程操作功能，可实现对测量过程、数据运算处理、显示及运行状态监控等操作。（6）具有远程操作功能。智仪器一般都配有GPIB或RS-232等接口，具有
4、远程操作功能，可与计算机和其他仪器一起组成自动测试系统。2.智能仪器的结构现代智仪器实际上是专用的微型计算机系统，它由硬件和软件两部分组成。硬件部分硬件部分主要包括主机、模拟量输入/输出通道、校准通信接口等，基本结构如图。软件部分软件部分主要包括监控程序、运算处理程序和接口管理程序几部分。微机系统输入/输出接口键盘及显示接口通信接口9.2.2 智能化数字万用表的使用Escort-3146AEscort-3146A 型位双显示台式万用表具有120,000的满刻度读数，适用于实验室、生产线、维修现场与搭配系统等，是一款高功能价格比的数字电表。1.主要功能双显示的真空荧光管显示屏可同时显示输入信号的
5、两种不同参数，例如直流电压与交流电压。透过RS-232(标准配件)或IEEE-488(可选配件)执行远程操作。不同的量测速度具有不同的满刻度读数：慢速120,000计数2次/秒；中速40,000计数5次/秒；快速4,000计数20次/秒。直流电压量测量程可至1000VDC，最佳分辨率可至1V的量测灵敏度。真有效值交流电压量测量程可至750Vrms可量测交流电压频率量程：机型-A为20Hz100kHz机型-B为40Hz30kHz(VAC+VDC)及(AAC+ADC)真有效值的运算功能。可选择二线式或四线式电阻量测，量测量程在不同量测速度分别为：慢速(Slow)：最高量测量程可至120M，最佳分辨
6、率可至1M中、快速(Medium/Fast)：最高量测量程可300M，最佳分辨率可至10M。交直流电流量测量程12mA12A，最佳分辨率可至0.1微安培(A)。频率量测量程可至1兆赫(MHz)，最佳分辨率可至0.01Hz。dBm 测量功能可选择28000的阻抗值并且具音频功率dBw 测量能力。(REL)归零功能可于量测前消除残留的读值。(Hi/Lo/Pass)比较功能可判别量测值与设定值的比较结果，如容许(Pass)、过高(Hi)或过低(Lo)。动态记录模式可记录下最大值、最小值。CAL功能可执行快速免开机壳校正。2.功能面板3.操作（1）开机开机时请按前面板右下方绿色按钮 Power 使其成
7、为“ON”状态标示的位置，此时显示屏会保持全亮约2秒左右直到完成自我测试程序。若在开机程序中按下Hold 键则显示屏会一直保持全亮直到再按一次时开机程序才会继续。（2）选择电流输入端子与测量量程若电流测量设定为自动量程模式，1200mA的端子可于标示量程内自动换档。若输信号输入至12A电流端子，电表将无法自动换档至12A档，使用者必须以手动操作换档。（3）使用按键（4）电压、电阻或频率测量（5）电流或频率测量（6）二极管及导通性测试 9.3 自动测试系统9.3.1 自动测试系统的发展概况第一阶段，总装阶段。将几种不同的输入和输出电路的几种可程控仪器总装在一起形成一个组装系统。这种系统的设计、维
8、护复杂，适应性不强，研制费用较高。第二阶段，接口标准化阶段。这种系统组建方便，由专门的通用接口电路更改、增加测试内容很灵活，显示了很大的优越性，因此得到了广泛的应用。第三阶段，PC仪器（Personal computer-based instrument）阶段。在此出现了所谓的“虚似仪器”（Virtual Instrument），给测试系统带来了革命性的冲击，对测试理论、测试方法等很多方面都产生了重大影响。9.3.2 虚拟仪器1.虚拟仪器概述虚拟仪器（Virtual instrumention）是基于计算机的测量仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。简单地说这种结合有两种方
9、式，一种是将计算机装入仪器内部，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。2.虚拟仪器的主要特点 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。在虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领
10、域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。3.虚拟仪器的使用 虚拟仪器的使用主要是软件的使
11、用，所以重点介绍LabVIEWLabVIEW的使用。所有的LabVIEW 应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器(icon/connector)三部分。图标名称功能1操作值用于前面板的控制与显示2选择工具用于选择和移动对象3文本编辑输入文本4连线工具在流程图上连接对象5对象菜单用鼠标右键弹出快捷菜单6窗口漫游移动窗口7断点设置与清除在流程图上设置断点8数据探针用语探测数据流线上的数据变化9颜色提取颜色提取用于编辑其他对象10颜色设置用来给对象定义颜色子模板下还包括多个对象 控制面板子面板4.LabVIEW的初步
12、操作举例例例1 创建VI和调用子VI建立一个测量温度和容积的VI，其中须调用一个仿真测量温度和容积的传感器子VI。步骤如下：（1）选择FileNew，打开一个新的前面板窗口。（2）从 ControlsNumeric中选择Tank放到前面板中。（3）在标签文本框中输入“容积”，然后在前面板中的其他任何位置单击一下。（4）把容器显示对象的显示范围设置为0.0到1000.0。a.使用文本编辑工具（Text Edit Tool），双击容器坐标的10.0标度，使它高亮显示。b.在坐标中输入1000，再在前面板中的其他任何地方单击一下。这时0.0到1000.0 之间的增量将被自动显示。（5）在容器旁配数据
13、显示。将鼠标移到容器上，点右键，在出现的快速菜单中选Visible ItermsDigital Display即可。（6）从ControlsNumeric中选择一个温度计，将它放到前面板中。设置其标签为“温度”,显示范围为0到100，同时配数字显示。可得到如图所示的前面板图。（7）WindowsShow Diagram 打开流程图窗口。从功能模板中选择对象，将它们放到流程图上，组成流程图。该流程图中新增的对象有两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器、一个进程监视器，温度和容积对象是由前面板的设置自动带出来的。a.乘法器和随机数发生器由FunctionsNumeric 中拖出。b.进程监视器
14、（Process Monitor）不是一个函数，而是以子VI 的方式提供的，它存放在LabVIEWActivity目录中，调用它的方法是在FunctionsSelect a VI下打开Process Monitor，然后在流程图上点击一下，就可以出现它的图标。（8）用连线工具将各对象按规定连接。a中的遗留问题创建数值常数对象的另一种方法是在连线时一起完成。具体方法是：用连线工具在某个功能函数或VI的连线端子上单击鼠标右键，再从弹出的菜单中选择Create Constant，就可以创建一个具有正确的数据格式的数值常数对象。（9）选择FileSave,把该VI 保存为LabVIEWActivity
15、目录中的Temp&Vol.vi。在前面板中，单击Run（运行）按钮，运行该 VI。注意电压和温度的数值都显示在前面板中。（10）选择FileClose，关闭该 VI。本章小结本章小结以微处理机为基础的智能仪器，具有键盘操作和通信接口，可实现自动测量等特点，如智能化DVM、智能化DMM、智能RLC测量仪、智能电子计数器、智能逻辑分析仪、数字存储示波器等。虚拟仪器（Virtual instrumention）是基于计算机的测量仪器。简单地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器内部，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE488或GPIB协议，未来的仪器也应当是网络化的。
