第10章 智能仪器与自动测量技术(电子测量技术课件)

接口连接 组件(ITA)
图10.7 HP75000 VXI仪器系统示意图
第10章 智能仪器与自动测量技术 3. PXI总线 1） PXI总线的特点


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。 2） PXI软件特性 为了充分发掘PXI在提供高度集成化的测控平台方 面的潜力，PXI选用开放式软件体系结构，用以定义出
第10章 智能仪器与自动测量技术 （4） 电磁兼容性好。


在VXI总线的设计和标准的制定中，充分考虑了系统 的供电、冷却系统和电磁兼容性能，以及底板上信号的传 输延迟及同步等，对每项指标都有严格的标准，全部VXI 总线集中在高质量、多层印制电路板内，这就保证了VXI 总线系统的高精度及运行的稳定性和可靠性； 而且频带宽， 现已有从直流到微波的各种仪器模块。 （5） 通用性强，标准化程度高。
一个与不同类型硬件相连的公共接口。
第10章 智能仪器与自动测量技术


10.4 虚拟仪器
10.4.1 虚拟仪器的概念与特点 1. 虚拟仪器的概念 虚拟仪器（简称 VI）是电子测量技术与计算机技 术更加紧密结合产生的一种新仪器模式，是指以通用 计算机作为核心硬件平台，配以相应的硬件模块作为
（2）强调“软件就是仪器” 的新概念，软件在仪器 中充当了以往由硬件甚至整机实现的角色。 （3） 友好的图形化用户界面，可实现人机交互。 （4） 更新速度快，可维护性好。 （5） 采用模块化结构，系统具有良好的开放性和可 扩展性。
第10章 智能仪器与自动测量技术 10.4.2 虚拟仪器的架构 1. 虚拟仪器的硬件构成
第10章 智能仪器与自动测量技术


（4） 测试软件： 为了完成系统测试任务而编制 的、在控制器上运行的各种应用软件，如测试主程序、
驱动程序、数据处理程序，以及输入/输出软件等。
（5） 被测对象： 随测试任务的不同，被测对象 往往是千差万别的，由操作人员通过测试电缆，接插
件、开关等与程控仪器和设备相连。
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电源
P1 连接器


1 2 层印制电路板 上导轨
P 2 连接器
风扇
下导轨
C 尺寸插件 B 尺寸 插件 冷气孔 B 尺寸 插件 运送器
冷空气
托架
图10.6 VXI总线仪器主机架结构图
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（2） 具有32位数据总线，数据传输速率高。 主板总线在功能上相当于连接独立仪器的GPIB总
第10章 智能仪器与自动测量技术


2.以标准接口和总线为主要特征的阶段 进入20世纪70年代末期，标准化的通用接口总线 出现了，因而可利用GPIB、VXI等仪器系统总线将一 台计算机和若干台电子测量仪器连接在一起，组成自 动测试系统。在这种自动测试系统中，各设备都用标 准化的接口和统一的无源总线以搭积木的形式连接 起来。 在这些仪器总线中，最具代表性的是GPIB总线和 VXI总线。GPIB总线于1972年由美国惠普公司（HP， Agilent公司的前身）推出，后为美国电气与电子工程 师学会（IEEE）及国际电工委员会（IEC）接受，又称 IEEE-488总线。


拟仪器的硬件架构如图10.8所示。数据的采集通过
输入/输出接口设备来完成。输入/ 输出接口设备可以 是以各种PC为基础的内置数据采集插卡、通用接口总 线（GPIB）卡、串口、VXI或PXI总线接口模块等设备， 或者是其他各种可编程的外置测试设备，分别构成 DAQ、GPIB、VXI、PXI等标准体系结构的虚拟仪器， 其中最常见的是数据采集（D与自动测量技术 1. 智能仪器的特点


仪器与微处理器相结合，使得软件替代了许多传
统的硬件逻辑，带来更小的体积、更高的集成度、更
直观方便和智能的显示与操作、更有效的数据存储处 理与通信。同传统仪器相比，智能仪器具有以下几个
突出特点：
（1） 以软件为核心，具有强大的控制能力。 （2） 具有强大的数据存储处理功能。 （3） 实现仪器功能多样化。 （4） 智能化、自动化程度高。
第10章 智能仪器与自动测量技术
采集与控制 采集与控制 仪器硬件 仪器硬件
SC X1 S C1 I -S 1X0 4S 1C1 0I0C X 1 I 4 11 S1C 0 X4 1 I0 X 4

Te m p er aFt luor we C on t ro

PC或 PC 或 工作站 工作站
分析与表达 分析与表达应用软
线，但具有更高的吞吐率，控制器也做成插卡挂接在
主板总线上进行总线上的各种活动的调度和控制，基 本总线数据传输速率为40 Mb/s，远远高于其他测试系
统总线的数据传输速率。
（3） 系统可靠性高，可维修性好。 用VXI总线组建的系统结构紧凑、体积小、重量 轻，简化了连接和控制关系，有利于提高系统的可靠 性和可维修性。
不仅硬件进行标准化，而且软件也进行标准化。软件 的可维护性与可扩充性好，这也是VXI总线优于其他总线， 得到迅速发展的一个重要因素。
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（6） 适应性、灵活性强，兼容性好。 有B、C、D三种规格的机箱和A、B、C、D四种规
格的模块供用户选择； 支持8位、16位、24位和32位的
1.单机及专用系统阶段 20世纪70年代，随着微电子技术的发展和微处理 器的普及，以及计算机技术与电子测量技术的结合， 出现了以微处理器为基础的智能仪器。它具有键盘操 作、数字显示、数据存储与简单运算等功能，可实现
自动测量，如智能化DVM、智能化RLC测量仪、智能
化电子计数器、智能化半导体测试仪等。
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GPIB总线
GPIB 接口 计算机
GPIB 接口 频率合成器
GPIB 接口 DMM
GPIB 接口 频率计
GPIB 接口 打印机
被测器件
图10.3 典型的GPIB自动测试系统
第10章 智能仪器与自动测量技术 10.3.2 自动测试系统的总线 1. GPIB总线
信号输入/输出接口，利用仪器软件开发平台在计算机
的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，通过鼠标 或键盘交互式操作完成相应测试测量任务的仪器。
第10章 智能仪器与自动测量技术 2. 虚拟仪器的特点


与传统仪器相比，虚拟仪器有以下特点：
（1）它是一种功能意义上而非物理意义上的仪器， 融合了计算机强大的硬件资源。


GPIB总线于1972年由美国惠普公司（HP，Agilent
公司的前身）推出，后为美国电气与电子工程师学会 （IEEE）及国际电工委员会（IEC）接纳，又称IEEE-
488总线。 GPIB总线结构与连接如图10.4所示。

第10章 智能仪器与自动测量技术


IFC ATN EOI REN SRQ DAV NRFD NDAC DIO1 DIO8 接口部分 控/讲/听者 (计算机) 接口部分 听/讲者 (测量仪器) 接口部分 听 者 (信号源) 接口部分 听 者 (记录仪) 仪器装置接口 仪器装置本身
第10章 智能仪器与自动测量技术


个人计算机 内部总线
仪器插件卡
仪器插件卡
图10.2 个人仪器系统的构成
第10章 智能仪器与自动测量技术


10.3 自动测试系统
10.3.1 自动测试系统的组成 通常，自动测试系统包括以下五部分： （1） 控制器： 主要是计算机，如小型机、个人计算 机、微处理机、单片机等，是系统的指挥及控制中心。 （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、 存储记录等的器件，能完成一定的具体的测试及控制任务。 （3） 总线与接口： 是连接控制器与各程控仪器、设 备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换，包括插 卡、插槽及电缆等。
第10章 智能仪器与自动测量技术 2． 智能仪器的基本结构


智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，
它由硬件和软件两大部分组成。
1） 智能仪器的硬件结构 智能仪器的硬件部分主要包括CPU、存储器、内 部总线、各种I/O接口、通信接口、人机接口（键盘、 开关、按钮、显示器）等，如图10.1所示。
件的控制下进行的。没有软件，智能仪器就无法工作，
软件是智能仪器自动化程度和智能化程度的主要标志。 智能仪器的软件部分主要包括监控程序和接口管理程
序两部分。
第10章 智能仪器与自动测量技术 10.2.2 个人仪器


图10.2示出了一种在微机内部的扩展槽及微机外部
的插件箱中都插入仪器卡的混合式个人仪器结构。
数据传输。系统组建者可根据需要选择不同厂家、不同 种类的器件进行组合，灵活方便地组建适应性极强的自
动测试系统。为了充分利用资源，VXI总线开发了与其
他总线系统连接和转换的模块，这使得VXI总线系统具 有巨大的包容性，可与任何总线系统的仪器或系统联合 工作。VXI系统是计算机控制下的一种自动测试系统。 图10.7 是选用C型主机架的HP75000 VXl仪器系统 示意图。
第10章 智能仪器与自动测量技术
CPU BUS


存储器
I/O
I/O
I/O
I/O
标准仪 器接口
被测电压
A/D 转换器 输入输出通道 输入 电路
D/A 转换器
键盘
显示 仪器总线
输出 电路
图10.1 智能仪器的基本结构
第10章 智能仪器与自动测量技术 2） 智能仪器的软件组成


智能仪器的软件是其灵魂，整个测量工作是在软
要地位。基于这种趋势，出现了“计算机即是仪器”的测 试仪器新概念，诞生了个人仪器和虚拟仪器。 个人仪器以个人计算机为核心，辅以仪器电路板和扩 展箱，与个人计算机内部总线相连， 在应用软件的控制下， 共同完成测试测量任务。