电子测量原理
第 1页
第 12章 测试系统集成技术
? 12.1 测试系统及其集成概述
? 12.2 测试系统中的通信技术
? 12.3 测试系统中的标准总线
? 12.4 测试系统中的硬件平台
? 12.5 测试系统中的软件平台
? 12.6 虚拟仪器简介
电子测量原理
第 2页
? 通常把在最少人工参与下能自动进行测量、处理、
显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统。
温
度
压
力
流
量
转
速
水
位
传
感
器
1
u
1
信
号
调
理
U
1
传
感
器
2
u
2
信
号
调
理
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信
号
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信
号
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理
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多
功
能
切
换
开
关
S/
H
A/
D
计
算
机
数码
管
CR
T
显
示
打印
机
绘图
仪
输
出
设
备
数
字
I/
O
D / A
模拟信
号
输 出
电子测量原理
第 3页
12,1 测试系统及其集成概述
? 自动测试系统集成了仪器技术, 总线技术, 计算
机技术, 软件技术, 可测性设计技术 。
? 总线技术和软件技术的进步极大地促进了自动测
试系统的发展 。
? 自动测试系统的发展大致 可分为三个阶段,
? 第一代的自动测试系统多为不采用标准总线接口构成
的专用测试系统, 不具有灵活组建的通用性 。
? 第二代的自动测试系统采用了标准化的通用可程控测
量仪器接口总线 （ 如 IEEE 488） 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, 组建和使用都较容易 。
电子测量原理
第 4页
? 第三代自动测试系统：由微型计算机、通用硬件
和应用软件三部分组成
微
型
计
算
机
计算机控制激励
信号产生电路
计算机控制
调 理 器 / 采 集 器
可
程
控
测
试
接
口
适
配
器
被
测
对
象
激励
响应
电子测量原理
第 5页
测试系统集成的主要内容：
? 确定测试任务和需求分析
? 选择主控机和零槽控制器及控制方式
? 选择 /开发 VXI仪器模块
? 选择主机箱
? 开关及测试接口的选择与设计
? 选择系统软件开发平台
? 测试应用软件开发
电子测量原理
第 6页
12.2 测试系统中的通信技术
12.2.1串行通信和并行通信
1.串行通信
? 信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串
行通讯 。
? 常见的串行标准是 RS232/244/485 。
2,并行通信
? 并行通信是在两个设备之间同时传输多个数据位，它
主要用于近距离通信。
? 仪器与计算机之间常用的并行通信标准有 EPP,SPP等
电子测量原理
第 7页
12.2.2有线通信和网络化测试技术
? Internet在远程数据采集与控制，高档测试仪器
设备的远程实时调用，远程设备故障诊断等场合
得到了越来越广泛的应用。
? 利用现有 Internet资源，而不需要建立专门的拓
扑网络。
? 把 TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中, 使
信号的传输通过 TCP/IP进行, 网络化仪器设备成
为网络中的独立节点, 信息可通过网络从一个节
点传输到另一个节点, 使实时, 动态的在线测控
成为现实 。
?
电子测量原理
第 8页
油井无线监测系统
电子测量原理
第 9页
12.2.3无线通信技术
? 有线的分布式网络测试系统, 当设备多时连线十
分复杂, 而且适用于系统相对固定；若系统移动
至它处时, 需要重新连线；若添加新测试仪器,
需要增加连接线, 使用不方便 。
? 无线通信网的测试系统, 设备以无线方式进行通
信, 设备之间不需连线, 组建系统十分方便 。
? 无线局域网技术标准主要有 IEEE802.11,HomeRF
和蓝牙等
电子测量原理
第 10页
12.3 测试系统中的标准总线
? 自动测试系统首先要解决互联设备在机械, 电气,
功能上兼容, 以保证各种命令和测试数据在互联
设备间准确无误地传递 。
? 可程控设备的标准接口总线解决了这一问题 。
? 标准接口总线有 RS232C,CAMAC,IEEE488,VXI，
PXI,IEEE1394及 USB总线等 。
? 标准总线的优点：可以根据具体测试任务的需要，
选用现成的标准总线接口的仪器（包括计算机），
组建自动测试系统，系统也可以随时改建或重建。
电子测量原理
第 11页
12.3.1 IEEE488接口总线
?由 IEEE488接口总线组成的
自动测试系统主要由设备,
接口和总线三部分组成
?设备分为讲者、听者、控者。
?接口总线包括 8根数据线,3
根挂钩线,5根管理线和地线。
?定义了 10种接口功能
?属异步并行总线。
?是一种外部总线，适用于一
个实验室内相距 20米以内的
各设备之间互连。
D I O 1 ～ D I O 8
设备D
只能讲
接
口
接
口
接
口
接
口
( 例 如 纸 带 读 出 器 ）
( 例 如 打 印 机 ）
( 例 如 数 字 电 压 表 ）
( 例 如 计 算 机 ）
设备A
能讲、听
及控制
设备B
能讲及听
设备C
只能听
DAV
NRFD
NDAC
IFC
ANT
SRQ
REN
EOI
数据母线
（ 8 条 ）
数据拜特传
递控制母线
（ 3 条 ）
接口管理母线
（ 5 条 ）
电子测量原理
第 12页
12.3.2 VXI总线
? VXI总线直接源于工业微机的 VME总线, 并在此基
础上扩展了仪器需要的链式和星形两种触发总线,
时钟和同步总线, 本地总线, 模块识别线和模拟
信号线, 还补充了仪器需要的几种供电电源 。
? VXI系统是基于计算机并行内总线的开放式, 标
准化, 模块化的仪器系统 。
? VXI总线系统具有模块化结构, 数传速率高, 体
积小, 重量轻, 功耗少, 性价比高, 易于发挥计
算机能力和易于构成虚拟仪器等诸多优点, 特别
是它的标准化所带来的开放性和灵活性, 受到各
界的广泛重视, 获得了广泛应用
电子测量原理
第 13页
２ VXI测试系统硬件
? VXI系统的硬件配臵主要考虑主机箱, 仪器模块
和控制器的选用 。
控制方式有：
? ① GPIB总线控制方式
? ② MXI总线控制方式
? ③ 内嵌式计算机 （ 控制器 ） 控制方式
嵌计
入算
式机
槽
1
槽
2
V X I 主机箱
……
电子测量原理
第 14页
12.4 测试系统中的硬件平台
? 主要包括 测控计算机，测试仪器资源 （如 VXI仪
器模块,GPIB总线仪器或其它仪器或模块）,标
准接口、系列适配器和被测设备或单元 。上述各
部分共同完成自动测试系统的信号调理与采集功
能，数据分析与处理功能，参数设臵与结果表达
测控计算机
测试仪器
资源
被测设备
GPIB/VXI总 线
或其它总线
适配器通用接口
电子测量原理
第 15页
12.5 测试系统中的软件平台
12.5.1 测试软件的发展
? 软件技术在测试系统中起着越来越重要的作用，
测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试软
件为核心的集成系统。
?, 软件就是仪器, 的思想改变了传统测量仪器的
观念，许多过去在传统仪器由硬件完成的功能，
可以由软件来实现。
电子测量原理
第 16页
12.5.2 测试软件的标准化
? 在测试软件发展过程中，初期人们是通过测试编
程语言来编写仪器测试程序的。测试软件开发人
员不仅要了解测试系统中的接口标准、通信规范，
熟悉仪器的各种程控代码，还必须掌握测试编程
语言的编程方法；
? 测试软件应具有开放性、可重用性、可扩展性
? 随着测试仪器种类的不断增加以及测试任务的日
益复杂，使得 测试软件的标准化 成为发展的必然
趋势 。
电子测量原理
第 17页
可编程仪器标准命令 SCPI
? 可编程仪器标准命令 SCPI是为解决可程控仪器编程标准
化,1990年仪器制造商国际协会在 IEEE488.2标准的基础
上进行扩充，而制定出的一个重要的程控仪器软件标准。
? SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、响应消息以及
数据和状态的报告结构。
? 基本原则是使测试软件编程是面向测试功能而不是面向
仪器，相同的命令控制相同的测试功能，而不是相同的
仪器。
? SCPI标准大大提高了仪器的互换性
? SCPI提出了三种形式的相容性，即纵向相容性、横向相
容性和功能相容性 。
电子测量原理
第 18页
? SCPI程控仪器模型, 模型中的模块对应着 SCPI命
令分层结构中的术语, 其目的不在于指导测试开
发人员进行具体的设计, 而是以清晰的信号流程
来形成 SCPI命令集 。 信号通道 信号测量 数据格式
信号通道 信号发生 数据格式
触发 存储
数据总线
数据总线输入信号
输出信号
电子测量原理
第 19页
仪器驱动器
? 仪器驱动器也叫仪器驱动程序，是针对某一特定仪器进
行控制和通信的一种底层软件的集合，是测试应用程序
实现仪器控制的桥梁。
? 每台仪器都有自己的仪器驱动器 。 通常是由仪器制造商
负责开发并免费提供给用户 。
测试应用程序（软面板）
交互式操作接口 编程开发接口
仪器驱动程序
（函数体）
子程序接口 I / O 接口
通用仪器驱动器的外部模型
电子测量原理
第 20页
VPP仪器驱动器
? 即插即用 标准 （ VXI Plug&Play,简称 VPP）,
VPP进一步实现了仪器驱动器的标准化, 提高了
仪器的互操作性, 可移植性, 可扩展性, 并向多
功能方面发展 。
? VPP是由软件 I/O层和仪器驱动器组成。
? 软件 I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层。
电子测量原理
第 21页
虚拟仪器软件体系（ Virtual Instruments
Software Architecture，简称 VISA）
? VISA就是用于仪器编程的标准 I/O函数库及其相
关规范的总称, 一般称这个 I/O函数库为 VISA库,
是 VPP仪器驱动器中的软件 I/O层 。
? VISA对测试软件开发者来讲是一个可直接调用的
操作函数集, 一个高层 API（ 应用程序接口 ）,
通过调用底层的仪器驱动器来控制仪器操作, 实
现了 I/O接口无关性 。
电子测量原理
第 22页
VPP仪器驱动器的模型
? 通过调用统一、通用的 VISA库函数，并配臵相应的参数，
就可以控制各种不同接口的仪器。当测试任务发生变化，
需要更换其它仪器时，只需更新仪器驱动程序，并相应
调整 VISA函数的参数，而无需修改应用程序的代码。
测试应用程序
V I S A （软件 I / O 层）
仪器驱动器 B
受控仪器 A
V P P 驱动器
仪器驱动器 A 仪器驱动器 C
受控仪器 B 受控仪器 C
电子测量原理
第 23页
可互换虚拟仪器驱动器（ Interchangable Virtual
Instruments简称 IVI）模型
? IVI标准制定了一个统一的规范, 使测试软件系统具有更
大的硬件独立性, 更短的开发周期, 更低的维护和支持
费用以及更高的运行效率 。
? 目前, 制定了五类仪器的 IVI标准：示波器 /数字化仪
（ IVIScope） ；数字万用表 （ IVIDmm） ；任意波形发生
器 /函数发生器 （ IVIFGen） ；开关 /多路复用器 /矩阵
（ IVISwitch） ；电源 （ IVIPower） 。
? IVI仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分,
核心是仪器属性和状态缓存 。
? 和 VISA相比, IVI扩展了 VPP仪器驱动器的标准, 并具备
状态缓存, 仿真, 多线程等特性 。
电子测量原理
第 24页
VPP仪器驱动器模型
测试应用程序
V I S A （软件 I/O 层）
仪器驱动器 B
受控仪器 A
仪器驱动器 A 仪器驱动器 C
受控仪器 B 受控仪器 C
I V I 专门驱动
I V I 专门驱动
I V I 引擎
电子测量原理
第 25页
12.5.3 测试软件开发环境
1,基于文本模式的测试软件开发环境
早期的测试软件采用的是面向过程的编程语言来
开发, 如 BASIC,C等 。
2,基于 Windows图形模式的测试软件开发环境
? (1) 可视化编程软件
在图形化的操作系统 Windows出现以后, 可在计算机屏
幕上模拟真实仪器 。 常用的有 Visual C++,Visual
Basic等有代表性的用于测试软件开发的可视化编程软
件是 LabWindows/CVI
? (2) 图形化编程软件：
具有代表性的是 LabVIEW和 VEE
电子测量原理
第 26页
12.6 虚拟仪器简介
电子测量原理
第 27页
虚拟仪器的结构
软面板
计算机
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第 12章 测试系统集成技术
? 12.1 测试系统及其集成概述
? 12.2 测试系统中的通信技术
? 12.3 测试系统中的标准总线
? 12.4 测试系统中的硬件平台
? 12.5 测试系统中的软件平台
? 12.6 虚拟仪器简介
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? 通常把在最少人工参与下能自动进行测量、处理、
显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统。
温
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多
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12,1 测试系统及其集成概述
? 自动测试系统集成了仪器技术, 总线技术, 计算
机技术, 软件技术, 可测性设计技术 。
? 总线技术和软件技术的进步极大地促进了自动测
试系统的发展 。
? 自动测试系统的发展大致 可分为三个阶段,
? 第一代的自动测试系统多为不采用标准总线接口构成
的专用测试系统, 不具有灵活组建的通用性 。
? 第二代的自动测试系统采用了标准化的通用可程控测
量仪器接口总线 （ 如 IEEE 488） 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, 组建和使用都较容易 。
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? 第三代自动测试系统：由微型计算机、通用硬件
和应用软件三部分组成
微
型
计
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机
计算机控制激励
信号产生电路
计算机控制
调 理 器 / 采 集 器
可
程
控
测
试
接
口
适
配
器
被
测
对
象
激励
响应
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测试系统集成的主要内容：
? 确定测试任务和需求分析
? 选择主控机和零槽控制器及控制方式
? 选择 /开发 VXI仪器模块
? 选择主机箱
? 开关及测试接口的选择与设计
? 选择系统软件开发平台
? 测试应用软件开发
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12.2 测试系统中的通信技术
12.2.1串行通信和并行通信
1.串行通信
? 信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串
行通讯 。
? 常见的串行标准是 RS232/244/485 。
2,并行通信
? 并行通信是在两个设备之间同时传输多个数据位，它
主要用于近距离通信。
? 仪器与计算机之间常用的并行通信标准有 EPP,SPP等
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12.2.2有线通信和网络化测试技术
? Internet在远程数据采集与控制，高档测试仪器
设备的远程实时调用，远程设备故障诊断等场合
得到了越来越广泛的应用。
? 利用现有 Internet资源，而不需要建立专门的拓
扑网络。
? 把 TCP/IP协议嵌入现场智能仪器或传感器中, 使
信号的传输通过 TCP/IP进行, 网络化仪器设备成
为网络中的独立节点, 信息可通过网络从一个节
点传输到另一个节点, 使实时, 动态的在线测控
成为现实 。
?
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油井无线监测系统
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12.2.3无线通信技术
? 有线的分布式网络测试系统, 当设备多时连线十
分复杂, 而且适用于系统相对固定；若系统移动
至它处时, 需要重新连线；若添加新测试仪器,
需要增加连接线, 使用不方便 。
? 无线通信网的测试系统, 设备以无线方式进行通
信, 设备之间不需连线, 组建系统十分方便 。
? 无线局域网技术标准主要有 IEEE802.11,HomeRF
和蓝牙等
电子测量原理
第 10页
12.3 测试系统中的标准总线
? 自动测试系统首先要解决互联设备在机械, 电气,
功能上兼容, 以保证各种命令和测试数据在互联
设备间准确无误地传递 。
? 可程控设备的标准接口总线解决了这一问题 。
? 标准接口总线有 RS232C,CAMAC,IEEE488,VXI，
PXI,IEEE1394及 USB总线等 。
? 标准总线的优点：可以根据具体测试任务的需要，
选用现成的标准总线接口的仪器（包括计算机），
组建自动测试系统，系统也可以随时改建或重建。
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12.3.1 IEEE488接口总线
?由 IEEE488接口总线组成的
自动测试系统主要由设备,
接口和总线三部分组成
?设备分为讲者、听者、控者。
?接口总线包括 8根数据线,3
根挂钩线,5根管理线和地线。
?定义了 10种接口功能
?属异步并行总线。
?是一种外部总线，适用于一
个实验室内相距 20米以内的
各设备之间互连。
D I O 1 ～ D I O 8
设备D
只能讲
接
口
接
口
接
口
接
口
( 例 如 纸 带 读 出 器 ）
( 例 如 打 印 机 ）
( 例 如 数 字 电 压 表 ）
( 例 如 计 算 机 ）
设备A
能讲、听
及控制
设备B
能讲及听
设备C
只能听
DAV
NRFD
NDAC
IFC
ANT
SRQ
REN
EOI
数据母线
（ 8 条 ）
数据拜特传
递控制母线
（ 3 条 ）
接口管理母线
（ 5 条 ）
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12.3.2 VXI总线
? VXI总线直接源于工业微机的 VME总线, 并在此基
础上扩展了仪器需要的链式和星形两种触发总线,
时钟和同步总线, 本地总线, 模块识别线和模拟
信号线, 还补充了仪器需要的几种供电电源 。
? VXI系统是基于计算机并行内总线的开放式, 标
准化, 模块化的仪器系统 。
? VXI总线系统具有模块化结构, 数传速率高, 体
积小, 重量轻, 功耗少, 性价比高, 易于发挥计
算机能力和易于构成虚拟仪器等诸多优点, 特别
是它的标准化所带来的开放性和灵活性, 受到各
界的广泛重视, 获得了广泛应用
电子测量原理
第 13页
２ VXI测试系统硬件
? VXI系统的硬件配臵主要考虑主机箱, 仪器模块
和控制器的选用 。
控制方式有：
? ① GPIB总线控制方式
? ② MXI总线控制方式
? ③ 内嵌式计算机 （ 控制器 ） 控制方式
嵌计
入算
式机
槽
1
槽
2
V X I 主机箱
……
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12.4 测试系统中的硬件平台
? 主要包括 测控计算机，测试仪器资源 （如 VXI仪
器模块,GPIB总线仪器或其它仪器或模块）,标
准接口、系列适配器和被测设备或单元 。上述各
部分共同完成自动测试系统的信号调理与采集功
能，数据分析与处理功能，参数设臵与结果表达
测控计算机
测试仪器
资源
被测设备
GPIB/VXI总 线
或其它总线
适配器通用接口
电子测量原理
第 15页
12.5 测试系统中的软件平台
12.5.1 测试软件的发展
? 软件技术在测试系统中起着越来越重要的作用，
测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试软
件为核心的集成系统。
?, 软件就是仪器, 的思想改变了传统测量仪器的
观念，许多过去在传统仪器由硬件完成的功能，
可以由软件来实现。
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第 16页
12.5.2 测试软件的标准化
? 在测试软件发展过程中，初期人们是通过测试编
程语言来编写仪器测试程序的。测试软件开发人
员不仅要了解测试系统中的接口标准、通信规范，
熟悉仪器的各种程控代码，还必须掌握测试编程
语言的编程方法；
? 测试软件应具有开放性、可重用性、可扩展性
? 随着测试仪器种类的不断增加以及测试任务的日
益复杂，使得 测试软件的标准化 成为发展的必然
趋势 。
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可编程仪器标准命令 SCPI
? 可编程仪器标准命令 SCPI是为解决可程控仪器编程标准
化,1990年仪器制造商国际协会在 IEEE488.2标准的基础
上进行扩充，而制定出的一个重要的程控仪器软件标准。
? SCPI全面定义了标准化的仪器程控消息、响应消息以及
数据和状态的报告结构。
? 基本原则是使测试软件编程是面向测试功能而不是面向
仪器，相同的命令控制相同的测试功能，而不是相同的
仪器。
? SCPI标准大大提高了仪器的互换性
? SCPI提出了三种形式的相容性，即纵向相容性、横向相
容性和功能相容性 。
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? SCPI程控仪器模型, 模型中的模块对应着 SCPI命
令分层结构中的术语, 其目的不在于指导测试开
发人员进行具体的设计, 而是以清晰的信号流程
来形成 SCPI命令集 。 信号通道 信号测量 数据格式
信号通道 信号发生 数据格式
触发 存储
数据总线
数据总线输入信号
输出信号
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第 19页
仪器驱动器
? 仪器驱动器也叫仪器驱动程序，是针对某一特定仪器进
行控制和通信的一种底层软件的集合，是测试应用程序
实现仪器控制的桥梁。
? 每台仪器都有自己的仪器驱动器 。 通常是由仪器制造商
负责开发并免费提供给用户 。
测试应用程序（软面板）
交互式操作接口 编程开发接口
仪器驱动程序
（函数体）
子程序接口 I / O 接口
通用仪器驱动器的外部模型
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VPP仪器驱动器
? 即插即用 标准 （ VXI Plug&Play,简称 VPP）,
VPP进一步实现了仪器驱动器的标准化, 提高了
仪器的互操作性, 可移植性, 可扩展性, 并向多
功能方面发展 。
? VPP是由软件 I/O层和仪器驱动器组成。
? 软件 I/O层是仪器驱动器和应用程序的连接层。
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第 21页
虚拟仪器软件体系（ Virtual Instruments
Software Architecture，简称 VISA）
? VISA就是用于仪器编程的标准 I/O函数库及其相
关规范的总称, 一般称这个 I/O函数库为 VISA库,
是 VPP仪器驱动器中的软件 I/O层 。
? VISA对测试软件开发者来讲是一个可直接调用的
操作函数集, 一个高层 API（ 应用程序接口 ）,
通过调用底层的仪器驱动器来控制仪器操作, 实
现了 I/O接口无关性 。
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VPP仪器驱动器的模型
? 通过调用统一、通用的 VISA库函数，并配臵相应的参数，
就可以控制各种不同接口的仪器。当测试任务发生变化，
需要更换其它仪器时，只需更新仪器驱动程序，并相应
调整 VISA函数的参数，而无需修改应用程序的代码。
测试应用程序
V I S A （软件 I / O 层）
仪器驱动器 B
受控仪器 A
V P P 驱动器
仪器驱动器 A 仪器驱动器 C
受控仪器 B 受控仪器 C
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可互换虚拟仪器驱动器（ Interchangable Virtual
Instruments简称 IVI）模型
? IVI标准制定了一个统一的规范, 使测试软件系统具有更
大的硬件独立性, 更短的开发周期, 更低的维护和支持
费用以及更高的运行效率 。
? 目前, 制定了五类仪器的 IVI标准：示波器 /数字化仪
（ IVIScope） ；数字万用表 （ IVIDmm） ；任意波形发生
器 /函数发生器 （ IVIFGen） ；开关 /多路复用器 /矩阵
（ IVISwitch） ；电源 （ IVIPower） 。
? IVI仪器驱动器内部结构包括源代码和状态管理库两部分,
核心是仪器属性和状态缓存 。
? 和 VISA相比, IVI扩展了 VPP仪器驱动器的标准, 并具备
状态缓存, 仿真, 多线程等特性 。
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VPP仪器驱动器模型
测试应用程序
V I S A （软件 I/O 层）
仪器驱动器 B
受控仪器 A
仪器驱动器 A 仪器驱动器 C
受控仪器 B 受控仪器 C
I V I 专门驱动
I V I 专门驱动
I V I 引擎
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12.5.3 测试软件开发环境
1,基于文本模式的测试软件开发环境
早期的测试软件采用的是面向过程的编程语言来
开发, 如 BASIC,C等 。
2,基于 Windows图形模式的测试软件开发环境
? (1) 可视化编程软件
在图形化的操作系统 Windows出现以后, 可在计算机屏
幕上模拟真实仪器 。 常用的有 Visual C++,Visual
Basic等有代表性的用于测试软件开发的可视化编程软
件是 LabWindows/CVI
? (2) 图形化编程软件：
具有代表性的是 LabVIEW和 VEE
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12.6 虚拟仪器简介
电子测量原理
第 27页
虚拟仪器的结构
软面板
计算机
