传感器与测试技术第8章-计算机测试系统课件.ppt

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1、第8章 计算机测试系统计算机测试系统是将工程测试技术与计算机技术相结合，既能实现对信号的检测，又能利用计算机作为微处理器，方便地对测得的信号进行计算、分析、处理等，与传统的测试系统相比，能大大地降低成本、简化电路设计、增强测试功能、自校准和自诊断、可扩展性强、多种形式地输出和存储数据等特点。在现代测试系统汇总，尤其是高精度、高性能和多功能的测试系统大都采用计算机测试系统设计。8.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成如图8-1所示。与传统的测试系统比较，计算机测试系统是将传感器采集的模拟信号转换为数字信号，利用计算机丰富的资源和高效的处理能力，使测试达到自

2、动化、智能化和网络化。8.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成1.多路模拟开关把多个模拟信号逐个、分时地送入A/D转换器，完成多到一的转换，或者把D/A转换器生成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路中去，完成一到多的转换。目前，容易选择到将多路模拟开关以及控制开关所需要的计数器、译码器和控制电路全部集成的芯片，切换速度快、灵活性好，如常用的8路模拟开关CD4051、CD4052 8.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成图8-2 CD4051内部结构图 8.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成图8-3 采样保持电路基本模型8.1 计算机测试系

3、统的基本组成计算机测试系统的基本组成3.模/数和数/模转换器常见的A/D转换芯片有：积分型(如TLC7135)、逐次逼近型(如TLC0831)、并行比较型/串并行型(如TLC5510)、-调制型(如AD7705)、电容阵列逐次比较型及压频变换型(如AD650)。其技术指标主要有：1）分辨率。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示；2）转换速率，是指完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数；3）量化误差(Quantizing Error)8.1 计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成D/A 转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分

4、类。大多数D/A转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。8.2.2 总线的通信方式总线的通信方式总线通信通常采用应答方式，图8-4给出了计算机测试系统中CPU与外设应答通信的原理框图。图8-4 CPU与外设应答式通信原理8.2.3 测试系统内部总线和外部总线测试系统内部总线和外部总线1.内部总线1）STD总线STD的56根总线中，有6根逻辑电源线、4根辅助电源线、8根数据总线、16根地址总线和22根控制总线。具有32位数据宽度，32位寻址能力，支持热插拔和多主系统，满足工业测控冗余设计要求。8.2.3 测试系统内部总线和外部总线测

5、试系统内部总线和外部总线3)PCI总线PCI总线是32位同步复用总线，其地址和数据线引脚是AD31AD0，工作频率为33MHz。其主要特点是：（1）高速性 （2）即插即用性（3）可靠性 （4）复杂性（5）自动配置 （6）共享中断（7）扩展性好 （8）多路复用（9）严格规范8.2.3 测试系统内部总线和外部总线测试系统内部总线和外部总线2.外部总线1）RS232C/RS485总线对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特

6、。RS-232C传输的信号电平，与TTL、CMOS逻辑电平完全不同，其逻辑0电平规定为+5+15v之间，逻辑l电平规定为-5-15V之间 RS-485是一种多发送器的电路标准，允许双导线上一个发送器驱动多达32个负载设备。8.2.3 测试系统内部总线和外部总线测试系统内部总线和外部总线图8-5 RS-232C、RS-423A、RS-422A电气连接图8.2.3 测试系统内部总线和外部总线测试系统内部总线和外部总线3）USB/1394总线通用串行总线USB（universal serial bus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern

7、 Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，“即插即用”8.2.4 现场总线现场总线为了适应多点、多参数大型测试系统的需要,基于现场总线的开放型控制系统正日趋成熟。一、现场总线测试系统中的智能传感器与现场总线现场总线测控系统的典型结构如图8-6所示。图中现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传感器、变送器、调节器、调节阀、步进电动机、记录仪、条形阅读器等等。这些节点都是具有综合功能的智能仪表。8.2.4 现场总线现场总线图8-6 现场总线测控系统框图8.2

8、.4 现场总线现场总线二、现场总线网络协议模式现场总线网络协议是按照国际标准化组织制定的开放系统互连参考模型(图8-7所示)建立的。它规定了现场应用进程之间的相互可操作性、通信方式、层次化的通信服务功能划分、信息的流向及传递规则。图8-7 ISO/OSI参考模型 8.2.4 现场总线现场总线一个典型的IEC/ISA现场总线通信结构模型如图8-8所示。为满足过程控制实时性的要求，它将ISO/OSI 参考模型简化为三层体系结构：应用层、数据链路层、物理层。图8-8 IEC/ISA现场总线参考模型8.3 智能仪器技术智能仪器技术8.3.1 智能仪器概述智能仪器概述智能仪器含有微计算机或微处理器的测量

9、仪器，具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能从智能仪器所采用的电路组成来看，仪器经历了模拟式、数字式和智能化3个发展阶段，如图8-9所示。图8-9 智能仪器的发展过程8.3.2 智能仪器组成及特点1.智能仪器的组成图8-11所示为智能仪器的组成示意图，图中虚线框部分为智能仪器的选择组成部分。图8-11 智能仪器的组成示意图8.3.2 智能仪器组成及特点2.智能仪器的特点a.智能仪器功能的多样化b.智能仪器系统的集成化、模块化c.智能仪器构成的柔性化d.智能仪器的网络化e.智能仪器的可视化8.4.1 虚拟仪器技术概述虚拟仪器技术概述比较项目传 统 仪 器虚 拟 仪 器系统开放性封闭性

10、、仪器间相互配合较差开放性、灵活，可与计算机技术保持同步发展仪器的关键部分关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务。关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可。仪器价格价格昂贵，仪器间一般无法相互利用价格低廉，仪器间资源可重复利用率高仪器功能只有厂家能定义仪器功能用户可定义仪器功能仪器的网络化功能单一，只能连接有限的独立设备可以与网络及周边设备方便连接开发和维护费用开发与维护开销高开发与维护费用降至最低技术更新周期技术更新周期长（5-10年）技术更新周期短（1-2年）8.4.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器的构成虚虚拟拟仪仪器器的的构构成成主主要要有有两两大大部部分分：硬硬件件和和软

11、软件件。1)硬件构成框图如图硬件构成框图如图8-12所示。所示。图8-12 虚拟仪器的基本构成8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国National Instruments 公司推出的一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发环境，带有大量的内置功能，能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务。8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介LabVIEW作为一种完全图形化的编程环境，其主要优点有:（1）使用可视化技术建立人机界面。（2）

12、数据流程图式的语言书写程序源代码。（3）提供程序调试功能。（4）编程语言结构化和模块化（5）采用编译方式运行32位应用程序（6）支持多种系统平台。（7）提供了大量的函数库供用户直接调用（8）提供DLL库接口和CIN节点接口。8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介图8-14 虚拟仪器的软件结构8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介前面板是用户进行测试时的主要输入输出界面，用户通过Controls菜单在面板上选择控制及显示功能，从而完成测试的设置及结果显示。其中控制包括各种类型的输入:如数字输入、布尔输入、字符串输入等，显示包括各种类型的输出，如图形、表格等。各个VI的建立、存取、关闭及管理操作也均由面板上的命令菜单完成。8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介图8-15 虚拟仪器前面板8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介LabVIEW的基本编程单元是方框图(图8-16)，方框图是测试人员根据测试方案及测试步骤，进行测试编程的界面。用户可以访问的Functions选项，不仅包含了一般语言的基本要素，如算术及逻辑函数、数组及串操作等，而且还包括了大量与文件输入输出、数据采集、GPIB及串口控制有关的专用程序模块。8.5 虚拟仪器软件简介虚拟仪器软件简介图8-16 虚拟仪器方框图