GPIB接口綜述

1、第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 1第第9 9章章 智能測試儀器與系統(tǒng)智能測試儀器與系統(tǒng) 9.1 智能儀器概述智能儀器概述 9.2 智能儀器的典型處理功能智能儀器的典型處理功能 9.3 智能儀器實例智能儀器實例智能化智能化DVM簡介簡介9.4 自動測試系統(tǒng)、個人儀器與虛擬儀器自動測試系統(tǒng)、個人儀器與虛擬儀器本章小結(jié)本章小結(jié)第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 2第第9章章 波形測試與儀器波形測試與儀器學(xué)習(xí)參考：學(xué)習(xí)參考：智能儀器是電子測量儀器與計算機技術(shù)的結(jié)合，發(fā)展十分迅速。通過學(xué)習(xí)要求明確智能儀器、自動測試系統(tǒng)、虛擬儀器、個人儀器的區(qū)別與聯(lián)系，了解智能儀器的組成及各部分的原理與特點，了解智能儀器的典型處理功

2、能。 本章要點：本章要點：智能儀器的組成、智能儀器實例、個人儀器與自動化測試儀器的概念。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 39.1 智能儀器概述智能儀器概述凡是具有人工智能化的測量儀器均可統(tǒng)稱為智能儀器，如無特別說明，書中的智能儀器特指為獨立智能儀器（即傳統(tǒng)智能儀器）。獨立智能儀器又稱為靈巧儀器（Smart Instruments），它是自身帶有微處理器能夠獨立進行測試的電子儀器。除此之外，自動測試系統(tǒng)、個人儀器、虛擬儀器等也是具有人工智能化的測量儀器。本章主要介紹獨立智能儀器。9.1.1 智能儀器的組成智能儀器的組成能儀器由硬件和軟件兩部分組成。1. 硬件硬件硬件主要包括主機電路、模擬量輸入輸出通

3、道、人機接口和標準通信接口電路等，如圖9.1所示。 第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 4微處理器MPU內(nèi)部總線圖9.1 智能儀器硬件結(jié)構(gòu)程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器ROMI/O接口A/D變換器D/A變換器鍵盤顯示接口鍵盤顯示輸入電路模擬執(zhí)行器標準儀用通信接口外部儀用標準總線主機電路被測量模擬量輸入輸出人機接口通信接口第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 5（1）主機電路用來存儲程序與數(shù)據(jù)，并進行一系列的運算和處理，參與各種功能控制。通常由微處理器、程序存儲器、輸入輸出（I/O）接口電路等組成，或者本身就是一個單片微型計算機。（2）模擬量輸入輸出通道用來輸入輸出模擬量信號，實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的變換。主要由A/

4、D變換器、D/A變換器和有關(guān)的模擬信號處理電路等組成。（3）人機接口用來溝通操作者與儀器之間的聯(lián)系，主要由儀器面板上的鍵盤和顯示器等組成。（4）標準通信接口用來實現(xiàn)儀器與計算機的聯(lián)系，使儀器可以接受計算機的程控命令，一般情況下，智能儀器都配有GPIB（或RS232C）等標準通信接口。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 62. 軟件軟件軟件即程序，主要包括監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。監(jiān)控程序面向儀器面板和顯示器，負責(zé)完成如下工作：通過鍵盤操作，輸入并存儲所設(shè)置的功能、操作方式與工作參數(shù)；通過控制I/O接口電路進行數(shù)據(jù)采集，對儀器進行預(yù)定的設(shè)置；對數(shù)據(jù)存儲器所記錄的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行各種處理；以數(shù)字、字符、

5、圖形等形式顯示各種狀態(tài)信息以及測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。接口管理程序主要面向通信接口，負責(zé)接收并分析來自通信接口總線的各種有關(guān)功能、操作方式與工作參數(shù)的程控操作碼，并根據(jù)通信接口輸出儀器的現(xiàn)行工作狀態(tài)及測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果以響應(yīng)計算機的遠程控制命令。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 79.1.2 GPIB接口接口GPIB（General Purpose Interface Bus）即通用接口總線，是國際通用的儀器接口標準。一般情況下，智能儀器都配有GPIB標準接口。1. GPIB標準接口系統(tǒng)的概述標準接口系統(tǒng)的概述GPIB標準接口包括接口與總線兩部分。接口部分由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于

6、對傳送的信息進行發(fā)送、接收、編碼和譯碼?？偩€部分是一條無源多芯電纜，用于傳輸各種消息，消息指的是總線上傳遞的各種信息。圖9.2(a)為具有GPIB接口的儀器通過GPIB總線連接起來的標準接口總線系統(tǒng)，DUT（Device Under Test）為被測器件。圖9.2(b)為GPIB24線總線插座外形結(jié)構(gòu)。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 8在一個GPIB標準接口總線系統(tǒng)中，要進行有效的通信聯(lián)絡(luò)，至少有“講者”、“聽者”、“控者”三類儀器裝置。講者是通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置，如測量儀器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等。聽者是通過總線接收由講者發(fā)出消息的裝置，如打印機等。控者是數(shù)據(jù)傳輸過程中的組織者和控制者，

7、通常由計算機擔(dān)任。一個GPIB系統(tǒng)中，可以設(shè)置多個講者、聽者和控者，不允許有兩個或兩個以上的講者或控者同時起作用，但允許多個聽者同時工作?？卣摺⒙犝?、講者被稱為系統(tǒng)功能的三要素，系統(tǒng)中的某一個裝置可以具有三要素中的一個、兩個或全部功功能。例如，系統(tǒng)中的計算機可以兼顧實現(xiàn)“講者”、“聽者”與“控者”的功能 。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 9接口部分控/講/聽者（計算機）接口部分聽/講者（測量儀器）接口部分聽者（信號源）接口部分聽者（記錄儀）用戶編程DUT硬拷貝IFCATNEQIRENSRQDAVNRFDNDACDIO1DIO8接口管理控制線數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線數(shù)據(jù)總線通用接口總線(a）1121324(b

8、）圖9.2 GPIB標準接口總線系統(tǒng)及GPIB24線總線插座儀器裝置接口儀器裝置本身第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 102. GPIB標準接口的總線結(jié)構(gòu)標準接口的總線結(jié)構(gòu)總線是一條24芯電纜，其中16條被用作信號線，其余則被用作邏輯地線及屏蔽線。電纜兩端是與圖9.2(b)相似的雙列24芯疊式結(jié)構(gòu)插頭。GPIB標準接口總線中的16條信號線按功能可分為以下三組：8條雙向數(shù)據(jù)總線（DIO1DIO8），用于傳遞包括數(shù)據(jù)、命令和地址等的儀器或接口消息，所傳遞消息的類型由其余兩組信號線加以區(qū)分。3條數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線（DAV、NRFD和NDAC），用于控制數(shù)據(jù)總線的時序，以保證數(shù)據(jù)總線能正確、有節(jié)奏地傳輸信息，這

9、種傳輸技術(shù)稱為三線掛鉤技術(shù)。三線掛鉤指的是第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 11講者、控者、聽者之間的邏輯聯(lián)接與接續(xù)關(guān)系。定義如下： DAV(Dada Valid)數(shù)據(jù)有效線：當(dāng)數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)時，講者置該線為低（負邏輯），示意聽者從數(shù)據(jù)線上接收數(shù)據(jù)。 NRFD(Not Ready For Data)數(shù)據(jù)未就緒線：只要聽者中有一個尚未準備好接收數(shù)據(jù)，該線就為低，示意講者暫不要發(fā)出信息。 NDAC(Not Data Accepted)數(shù)據(jù)未收到線：只要聽者中有一個尚未從數(shù)據(jù)總線上接收完數(shù)據(jù)，該線就為低，示意講者暫不要撤掉數(shù)據(jù)總線上的信息。5條接口管理控制線（ATN、IFC、REN、EOI和SRQ）

10、，用于控制GPIB總線接口的狀態(tài)。定義如下：第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 12 ATN(Attention)注意線：該線由控者使用，用來指明數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)的類型。當(dāng)它為1時，數(shù)據(jù)總線上的信息是由控者發(fā)出的、用于管理接口部分工作的消息（命令、設(shè)備地址等），這時，一切設(shè)備均要接收這些信息。當(dāng)它為0時，數(shù)據(jù)總線上的信息是由講者發(fā)出的、用于完成儀器自身工作的儀器消息（數(shù)據(jù)、設(shè)備的控制命令等），所有聽者都必須聽。 IFC(Interface Clear)接口清除線：該線由控者使用，當(dāng)它為1時，整個接口系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。 REN(Remote Enable)遠程控制線：該線由控者使用，當(dāng)它為1時，儀器可能處

11、于遠程控制狀態(tài)，從而封鎖設(shè)備面板上的手工操作。當(dāng)它為0時，儀器處于本地工作方式。 SRQ(Service Request)服務(wù)請求線：所有設(shè)備都與這條第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 13線“線或”在一起，任意設(shè)備將此線變?yōu)榈蛻B(tài)（SRQ為1）時，就表示向控者提出服務(wù)請求，然后控者通過依次查詢確定提出請求的設(shè)備。 EQI(End Or Identify)結(jié)束或識別線：此線與ATN配合使用，當(dāng)EOI為1、ATN為0時，表示講者已傳遞完一組數(shù)據(jù)；當(dāng)EOI為1、ATN為1時，表示控者要進行識別操作，要求設(shè)備把它們的狀態(tài)放在數(shù)據(jù)線上。3. GPIB標準接口的功能標準接口的功能智能化測量儀器中每一個儀器裝置都具

12、有儀器功能和接口功能。儀器功能的任務(wù)是把收到的控制信息變成儀器設(shè)備的實際動作，如調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)信號電平、改變儀器工作方式等，這與常規(guī)儀器設(shè)備的功能基本相同，為完成儀器功能第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 14而傳遞的消息稱為儀器消息。接口功能是指完成各儀器設(shè)備之間正確通訊，確保系統(tǒng)正常工作的能力，即通過GPIB標準接口實現(xiàn)自動測量與控制所必須的邏輯功能。為完成接口功能而傳遞的消息稱為接口消息。 接口功能包括：遇到故障等情況時，向系統(tǒng)控者提出服務(wù)請求的服務(wù)請求功能；系統(tǒng)控者為快速查詢請求服務(wù)裝置而設(shè)置的并行點名功能；用來選擇遠地工作狀態(tài)或本地工作狀態(tài)的遠控本控能力；使裝置從總線接收到觸發(fā)信息，以便進行

13、觸發(fā)操作的裝置觸發(fā)功能；能使儀器裝置接收清除信息并返回到初始狀態(tài)的裝置清除功能等。9.1.3 智能儀器的特點智能儀器的特點與傳統(tǒng)測量儀器相比較，智能儀器具有以下幾個特點：第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 15（1）具有較完善的可程控能力智能儀器內(nèi)部有微處理器，一般配有GPIB或RS-232等接口，并且采用ASC碼進行信息傳遞，使智能儀器具有可程控操作的能力。（2）面板控制（本地控制）簡單靈活智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中旋轉(zhuǎn)式或琴鍵式切換開關(guān)來實施對儀器的控制，這樣既有利于提高儀器技術(shù)指標，又方便了儀器的操作。（3）輸入輸出方式靈活多樣智能儀器可通過鍵盤輸入任何數(shù)據(jù)或文字信息，或者用磁帶、軟盤等輸入

14、程序。能以數(shù)字、字符、圖形顯示等方式輸出。輸入輸出方式靈活多樣。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 16（4）電路結(jié)構(gòu)簡單，測量精確度高，測量功能多樣化微處理器具有強大的數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷功能，這使得智能儀器能夠有效地消除由于漂移、增益變化和干擾等因素所引起的誤差，從而提高儀器的測量精度，電路結(jié)構(gòu)進一步簡化，測量功能更加多樣化。（5）自動控制、自動調(diào)整能力增強智能儀器運用微處理器進行控制，可以方便地協(xié)調(diào)控制儀器的工作，實現(xiàn)測量儀器的自動控制，并具有一定的可編程能力及自動調(diào)零、自檢、自校等功能，操作簡單、維修方便。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 179.2 智能儀器的典型處理功能智能儀器的典型處理

15、功能智能儀器是以微處理器為核心進行工作的，它具有強大的數(shù)據(jù)處理和控制功能，與傳統(tǒng)測量儀器相比具有許多典型的處理功能，例如自檢、自動測量等功能。9.2.1 硬件故障的自檢功能硬件故障的自檢功能自檢功能是指利用事先編制好的檢測程序?qū)x器主要部件進行自動檢測，并對故障進行定位。自檢方式有三種類型：（1）開機自檢開機自檢是在儀器正式投入運行之前，即儀器接通電源或復(fù)位之后所進行的全面檢查。自檢中如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，就進入測量程序；如果發(fā)現(xiàn)問題，則及時報警，以避免儀器第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 18帶病工作。（2）周期性自檢周期性自檢是指在儀器運行過程中間斷進行的自檢操作，這種操作可以保證儀器在使用過程中一

16、直處于正常狀態(tài)。周期性自檢不影響儀器的正常工作，因而只有當(dāng)出現(xiàn)故障給予報警時，用戶才會覺察。（3）鍵盤自檢具有鍵盤自檢功能的儀器面板上設(shè)有“自檢”按鍵，當(dāng)用戶對儀器的可信度產(chǎn)生懷疑時，便通過該按鍵來啟動一次自檢過程。自檢過程中，如果檢測到儀器出現(xiàn)某些故障，智能儀器一般都以文字或數(shù)字的形式顯示“出錯代碼”。另外，往往還以指示燈的閃爍或聲音等方式進行報警，以引起操作人員的注意。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 199.2.2 自動測量功能自動測量功能智能儀器通常具有自動量程變換、自動零點調(diào)整、自動校準以及自動觸發(fā)電平調(diào)節(jié)等自動測量功能。（1）自動量程變換自動量程變換是指儀器在很短時間內(nèi)自動選定最合理的量

17、程。這樣可以使儀器獲得高精度的測量，并簡化操作。自動量程變換一般由初設(shè)量程開始，逐級比較，直至選出最合適的量程為止。假設(shè)某電壓表共有0.1V、1V、10V、100V四個量程，它的自動量程變換流程如圖9.3所示。 （2）自動觸發(fā)電平調(diào)節(jié)能儀器自動觸發(fā)電平調(diào)節(jié)原理如圖9.4所示，其中，輸入信號經(jīng)過可程控衰減器傳送到比較器，比較器的比較電平第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 20（即觸發(fā)電平）則由D/A變換器設(shè)定的。當(dāng)經(jīng)過衰減器的輸入信號的幅度達到某一比較電平時，比較器輸出將改變狀態(tài)。觸發(fā)探測器將檢測到的比較器的輸出狀態(tài)送到微處理器，由此測出觸發(fā)電平來。 自動量程變換延時程序測量程序結(jié)束過載顯示降量程處理升

18、量程處理0.1V量程？100V量程？欠量程？超量程？YYYNNNNY圖9.3 電壓表自動量程變換流程圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 21（3）自動零點調(diào)整儀器零點漂移的大小及零點是否穩(wěn)定是產(chǎn)生測量誤差的主要來源之一，智能儀器能夠在微處理器的控制下，自動產(chǎn)生一個與零點偏移量相等的校正量與零點偏移量進行抵消，從而有效地消除零點偏移等對測量結(jié)果的影響，這就是智能儀器的自動零點調(diào)整功能?？沙炭厮p器微處理器控制系統(tǒng)D/A變換器 + 比較器觸發(fā)探測器輸出圖9.4 自動觸發(fā)電平調(diào)節(jié)原理圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 22（4）自動校準智能儀器自動校準時，操作者按下“自動校準”按鍵，儀器顯示屏便提示操作者應(yīng)輸入

19、的標準電壓，操作者按提示要求將相應(yīng)標準電壓加到輸入端后，再按一次“自動校準”鍵，儀器進行一次測量并將標準量存入到校準存儲器，然后顯示器提示下一個要求輸入的標準電壓值，再重復(fù)上述測量存儲過程。當(dāng)對預(yù)定的校正測量完成之后，校準程序還能自動計算每兩個校準點之間的修正公式系數(shù)，并把這些系數(shù)存入校準存儲器，于是在儀器內(nèi)部固存了一張校準表和一張修正公式系數(shù)表。在正式測量時，它們將與測量結(jié)果一起形成經(jīng)過修正的準確測量值，該方法稱為校準存儲器法。為防止丟失數(shù)據(jù)，存儲器采用EEPROM（電擦除只讀存儲器）或采用鋰電池供電的非易失性存儲器RAM。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 23除上述功能外，智能儀器還利用微處理器

20、對測量過程中產(chǎn)生的隨機誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差自動進行處理，以減小測量誤差對測量結(jié)果的影響。另外，在不增加任何硬件設(shè)備的情況下，還利用微處理器采用數(shù)字濾波方法消除或削弱測量中的干擾和噪聲的影響，提高測量的可靠性和精確度。 9.3 智能儀器實例智能儀器實例智能化智能化DVM簡介簡介9.3.1 概述概述1. 組成組成智能DVM是以微處理器為核心的數(shù)字電壓表，典型結(jié)構(gòu)如圖9.5所示。包括微處理器芯片、程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM、輸入電路、A/D變換器、鍵盤、顯示器及標準儀用接口電路等。儀器內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，外部設(shè)備與總線相連。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 24（1）輸入電路輸入電路的主要作用是

21、提高輸入阻抗、實現(xiàn)量程變換。圖9.6為1071型智能DVM輸入電路，主要由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補償電路及自舉電源等部分組成。有源濾波器是否接入由微處理器通過I/O接口電路實施控微處理器I/O輸入電路數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器I/OI/OI/O標準儀用接口A/D變換器鍵盤顯示外部儀用標準總線被測電壓圖9.5 智能DVM的典型結(jié)構(gòu)內(nèi)部總線第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 25制，該濾波器對50Hz的干擾有54dB的衰減。輸入電流補償電路的作用是減小輸入電流的影響，其補償原理如圖9.7所示。自動補償時，在輸入端接入一個10M的電阻，輸入電流+Ib在該電阻上產(chǎn)生的壓降經(jīng)A/D變換后存入非易

22、失性存儲器RAM內(nèi)，作為輸入電流的校正量，如圖9.7(a)所示。在正常測量時，微處理器根據(jù)校正量送出適當(dāng)?shù)臄?shù)字接口電路輸入衰減器有源濾波器輸入電流補償輸入放大器增益網(wǎng)絡(luò)自舉電源HILO12V至ADC圖9.6 DATRON 1071型智能DVM輸入電路第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 26到D/A變換器并經(jīng)輸入電流補償電路產(chǎn)生一個與原來輸入電流+Ib大小相等方向相反的Ib，使兩者在放大器的輸入端相互抵消，如圖9.7(b)所示。自舉電源產(chǎn)生浮動的12V電壓作為輸入放大器的電源電壓，使得輸入放大器工作點基本不隨輸入信號的變化而變化，提高放大器的穩(wěn)定性及抗共模干擾能力。輸入衰減器和輸入放大器構(gòu)成智能DVM的

23、量程標定電路，如圖9.8所示。S1為繼電器開關(guān)，控制100:1衰減器是否接輸入放大器A/D變換器微處理器系統(tǒng)10M+Ib(a)輸入放大器A/D變換器微處理器系統(tǒng)+Ib(b)輸入電流補償電路D/A變換器Ib圖9.7 輸入電流補償電路原理圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 27入。S2S8為模擬開關(guān)，通斷狀態(tài)不同，輸入放大器的電壓增益不同，S1S8在微機發(fā)出的控制信號的控制下，形成不同的通、斷組態(tài)，構(gòu)成0.1V、1V、10V、100V、1000V五個量程及自測試狀態(tài)，五個量程時的電壓輸出范圍均為03.16V，自測試狀態(tài)時輸出電壓為3.12V，輸入放大器的輸出電壓被送入A/D變換器。S1S8與量程的關(guān)系如

24、下：+ + 運放+15V147k1k9k21.6kS6S7S4S3S5S2S1.1S1.2100k9.9M100kHILO圖9.8 量程標定電路原理Uo100:1衰減器第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 280.1V量程 當(dāng)S3、S5閉合時，放大電路接成電壓負反饋放大器，其放大倍數(shù)Af及最大輸出電壓Uomax分別為：Af=（21.6+9+1）/1=31.6Uomax=0.1V31.6=3.16V1V量程 當(dāng)S5、S7閉合時，放大電路被接成串聯(lián)負反饋放大器，其放大倍數(shù)Af及最大輸出電壓Uomax分別為：Af=（21.6+9+1）/（9+1）=3.16Uomax=1V3.16=3.16V10V量程 當(dāng)S4

25、、S6閉合時，放大電路被接成跟隨器，放大倍數(shù)為1，然后輸出又經(jīng)分壓，此時Uomax=10V（9+1）/（21.6+9+1）=3.16V第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 29100V量程 當(dāng)S5、S7閉合時，放大電路仍為串聯(lián)負反饋放大器。同時繼電器開關(guān)S1閉合，使100:1衰減器接入，此時Uomax=100V1/100（21.6+9+1）/（9+1）=3.16V1000V量程 S1吸合，使100:1衰減器接入，同時S4、S6閉合時，放大電路被接成跟隨器，并使輸出再經(jīng)分壓后輸出，此時Uomax=1000V1/100（21.6+9+1）/（9+1）=3.16V當(dāng)S2、S3、S5閉合，S1吸合時，電路處于自

26、測試狀態(tài)，電路輸出電壓為3.12V。儀器在自診斷時測量該電壓，并與存儲的數(shù)值相比較；若兩者之差在6%內(nèi)，即認為放大器工作正常。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 30（2）A/D變換器智能儀器A/D變換器是在一般A/D變換器的基礎(chǔ)上，借助軟件來形成的高精度A/D變換器，如脈沖調(diào)寬式、三次積分式A/D變換器等。（3）鍵盤、顯示器、打印機鍵盤、顯示器、打印機是人機對話的部件。鍵盤實現(xiàn)對智能儀器進行人工狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入。顯示器和打印機實現(xiàn)智能儀器運行狀態(tài)與處理結(jié)果的報告。智能DVM的測量過程是：首先在微處理器的控制下，被測電壓經(jīng)過輸入電路、A/D變換器的處理轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，存入到數(shù)據(jù)存儲器中。然后微處

27、理器對采集的測量數(shù)據(jù)進行必要的處理，例如計算平均值、減去零點漂移等。最后第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 31利用顯示器等顯示處理結(jié)果。上述整個工作過程都是在監(jiān)控程序的控制下進行的。2.智能智能DVM的功能及主要技術(shù)指標的功能及主要技術(shù)指標智能DVM除了具有普通DVM的各項技術(shù)指標外，還有以下幾項性能指標：（1）標定（Ax+B）R=Ax+B式中，R為最后顯示結(jié)果，x為實際測量值，A、B是由鍵盤輸入的常數(shù)。利用這一性能，可將實際測量值x換算成顯示結(jié)果R，例如將傳感器輸出的測量值直接用實際單位進行顯示，實現(xiàn)標度變換。2.相對誤差（%） 第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 32式中，R為相對誤差；n是由鍵盤輸入的

28、標稱值。利用這一性能，可將測量結(jié)果與標稱值的差值以百分率偏差的形式顯示出來，適用于元件容許誤差的校驗。（3）極限（LMT）即上下限報警功能。利用這一性能可以了解被測量是否超越預(yù)置極限的情況。使用前，應(yīng)先通過面板鍵盤輸入上限值H和下限值L。測量時，在顯示測量值x的同時，還將顯示標志H、L或P（pass），三者分別表示測量結(jié)果超上限、超下限或通過。%100nnxR%100nnxR第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 33（4）最大最小利用這一性能可以對一組測量值進行比較，求出其中的最大值和最小值并存儲起來，在程序運行過程中一般只顯示現(xiàn)行值，在設(shè)定的一組測量進行完畢之后，再顯示這組數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。（5

29、）比例R=x/r （9-1）r=20lg(x/r) （9-2）r=x2/r （9-3）式中，r為由面板輸入的參考量。比例是指一個量與另一個量之間的相互關(guān)系，有三種形第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 34式：式（9-1）為簡單比例；式（9-2）為對數(shù)比，單位為dB；式（9-3）可以用瓦或毫瓦為單位直接顯示負載電阻r上的功率。（6）統(tǒng)計利用此項功能，可以直接顯示多次測量值的統(tǒng)計運算結(jié)果，一般有平均值、方差值、標準差值、均方值等。智能DVM一般還具有自動量程變換、自動零點調(diào)整、自動校準、自動診斷等功能，并配有標準接口。 9.3.2 典型智能典型智能DVM介紹介紹本節(jié)以國產(chǎn)HG-1850微處理器DVM為例介

30、紹智能DVM的組成原理及特點。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 351. 組成原理組成原理HG-1850微處理器DVM采用Intel8080ACPU，多斜積分式A/D變換器，量程可以自動變換，最大顯示數(shù)為112200，可用于測量10V1000V的直流電壓，有1V、10V、100V、1000V四個量程。圖9.9為HG-1850微處理器DVM原理框圖，主要有模擬部分、數(shù)字部分組成。輸入放大器和A/D變換器是保證儀器精度等技術(shù)指標的關(guān)鍵部分，為了免受干擾，儀器的模擬部分和數(shù)字部分在電氣上采取相互隔離的措施，兩部分單獨供電，其間的信息經(jīng)光電耦合器進行傳遞。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 36輸入放大電路積分器比

31、較器基準電壓UR浮置控制邏輯量程控制光電耦合器CPU8080AROMRAM鍵盤接口顯示器接口打印輸出時鐘鍵盤顯示器模擬部分數(shù)字部分數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線屏蔽保護模擬部分電源數(shù)字部分電源圖9.9 HG-1850微處理器DVM原理框圖A/D變換器xU第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 372. 工作模式工作模式（1）工作模式HG-1850微處理器DVM具有五種工作模式，即測量模式、自檢模式、用戶程序模式、編程模式和自校準模式。1）測量模式測量模式是最基本的工作方式，在測量模式下用戶可通過鍵盤選擇適當(dāng)?shù)臏y量方式和量程，微處理器根據(jù)鍵盤選定的量程送出相應(yīng)的開關(guān)量（控制字），使輸入放大器組成相應(yīng)的組態(tài)。測量時

32、，被測電壓首先經(jīng)過輸入放大器進入A/D變換器，然后A/D變換器把放大器輸出的電壓變成數(shù)字量存入到相應(yīng)的內(nèi)存單元。接著，微處理器將根據(jù)不同量程的校準參數(shù)并按相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、計算出正確的測量結(jié)果。若進行數(shù)據(jù)處理，還第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 38要調(diào)用有關(guān)的數(shù)據(jù)處理程序，否則直接顯示測量結(jié)果。一次測量結(jié)束后，程序自動返回進行下一次測量，如此不斷地循環(huán)測量。 2）自檢模式按下“自檢”鍵時，儀器進入自檢模式。在自檢模式下，微處理器將按預(yù)定程序檢查模擬單元各部分的工作狀態(tài)。如果一切正常，顯示器顯示“pass”字樣，然后返回到測量模式。若某一部分有故障，顯示器將顯示此故障的代碼，然后等待10s，再次檢查模

33、擬單元是否正常，直至故障被排除為止。3）編程模式按下“編程”鍵時，儀器進入編程模式。在編程模式下，用戶可以利用儀器面板的鍵盤編制所需要的計算程序。編程結(jié)第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 39束后，程序又返回到測量模式下繼續(xù)進行測量。4）用戶程序模式按下“用戶”鍵時，儀器進入用戶程序模式。用戶程序是按使用者需要而事先編制并固化在ROM中的測量、控制或數(shù)據(jù)處理程序。如果要結(jié)束用戶程序模式而進入測量模式，需要按下“返回”鍵。5）自校準模式自校準模式是由程序控制自動進入的。儀器內(nèi)部設(shè)立了一個9bit二進制自校計數(shù)器M。每一次測量之后M的內(nèi)容加1，當(dāng)計數(shù)器計滿512次（約3min）后，調(diào)用一次自校準程序，如此

34、循環(huán)往復(fù)。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 40（2）整機工作流程HG-1850微處理器DVM整機工作流程圖如圖9.10所示。儀器通電后程序首先進行初始設(shè)置：設(shè)置儀器為測量模式、自動量程狀態(tài)、顯示位為 、9bit自校計數(shù)器M初值為全1（即十進制數(shù)511或1FFH）。初始設(shè)置完成后，程序使M的內(nèi)容增加1，直至M產(chǎn)生溢出并成為全零，程序在M為零后轉(zhuǎn)入自校準程序，使儀器按順序測得各個量程的校準參數(shù)并存入相應(yīng)存儲單元，為修正每次測量結(jié)果做好準備。全部校準參數(shù)測完后程序返回 點，M再次增加1，其內(nèi)容不再為零，接著程序轉(zhuǎn)入掃描鍵盤。然后再根據(jù)鍵盤的輸入信息來確定程序如何分支。 A215第9章 智能測試儀器與系統(tǒng)

35、 413. 鍵盤與編程模式鍵盤與編程模式圖9.11是HG-1850微處理器DVM面板的鍵盤圖，圖中“”為按鍵。鍵盤分為上下兩排，每排有12只按鍵，每個按鍵上方都設(shè)有一只LED鍵燈作為該按鍵是否有效的指示燈。當(dāng)儀器在測量模式下時，每個按鍵下方的標號表示該鍵的意義，現(xiàn)說明如下： Y設(shè)置初值M1FFHMM+1M=0?訪問鍵盤編程?用戶?自檢?決定功能程序選開關(guān)量模擬變換修正誤差數(shù)據(jù)處理?數(shù)據(jù)處理顯示程序測校準參數(shù)編計算程序用戶程序檢查模擬單元正常?顯示故障位置等待10s顯示passYYYYNNNNNNY圖9.10 HG-1850整機工作流程圖A第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 42“手動”、“連續(xù)”兩鍵為

36、互鎖鍵。當(dāng)“連續(xù)”鍵被按下而有效時，測量自動連續(xù)進行，即每測量一次顯示讀數(shù)就自動更新一次。當(dāng)“手動”鍵有效時，顯示器的內(nèi)容將隨每次按動“手動”鍵而更新，若不按動該鍵，顯示器的內(nèi)容將不予更新。量程選擇鍵“1”（1V量程）、“10”（10V量程）、“100”（100V量程）、“1000”（1000V量程）以及“自動”（自動量程圖9.11 HG-1850型微處理器DVM面板鍵盤圖遙測自動10001001010.1連續(xù)手動9876543210+/用戶返回計算自檢編程統(tǒng)計log+SFFR清除檢查214215第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 43變換）五鍵為互鎖鍵。用于選擇測量量程?！斑b測”鍵為自鎖鍵。該鍵按下

37、時，前面板上的其他鍵均失去作用，這時從后面板接入鍵盤將能實現(xiàn)遙測。若再按一次“遙測”鍵，該鍵釋放，按鍵指示燈熄滅，前面板鍵盤各鍵重新生效。顯示位數(shù)鍵“ ”和“ ”為互鎖鍵。當(dāng)按下其中一鍵時，顯示位數(shù)分別為位、位，按下前者時的測量速度快。“自檢”鍵按下后，儀器將暫時脫離測量模式而進行自檢。 “計算”鍵為自鎖鍵。當(dāng)用戶編制了計算程序后，按動此鍵就能按照所編程序?qū)y量結(jié)果進行處理并顯示處理結(jié)果，此時該鍵指示燈點亮。如果再按一次該鍵，則指示燈熄214215第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 44滅，顯示器僅顯示測得的電壓值?！坝脩簟辨I也為自鎖鍵。如果按下該鍵，儀器進入用戶程序。用戶程序已固化在儀器內(nèi)部。每個按

38、鍵上方的標號表示儀器在編程模式下各鍵的功能。當(dāng)按下“編程”鍵時，儀器進入編程模式。此時，各鍵意義如下： “檢查”鍵用于檢查或修改程序。連續(xù)按動該鍵時，顯示器將依次顯示所編程序每一步的內(nèi)容。 “清除”鍵用于清除剛從鍵盤送入的數(shù)據(jù)。 “R”鍵用于儀器直接顯示測量結(jié)果。 “F”鍵用于儀器顯示在RAM區(qū)開辟的中間寄存器內(nèi)的內(nèi)容。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 45 “SF”鍵代表向寄存器F存數(shù)。“+”，“”，“”，“ ”，“l(fā)og”五鍵分別表示加法、乘法、除法、開方和常用對數(shù)運算。“0”，“1”，“9”，“+/”，“ ”等鍵用于供編程時設(shè)置各種數(shù)據(jù)、正負號和小數(shù)點?！熬幊獭辨I除了在進入編程模式時需要按動該

39、鍵之外，在每次編程之后也需要按動該鍵。此時，顯示器顯示“HI”，詢問用戶對測量結(jié)果有無上限要求。如果有上限要求可通過鍵盤送入上限值。這時再按“編程”鍵，顯示器顯示“LO”，用戶可送入下限值。如無上下限要求只要不送數(shù)據(jù)即可。上下限值設(shè)置完畢之后再按一次“編程”鍵，顯示器顯示“END”，表示編程全部結(jié)束，隨即返回測量模式。編程方法舉例如下： 第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 46例例9-1 設(shè)某熱電偶的待測溫度T與傳感器輸入電壓U之間存在的關(guān)系為T=4.4+7.6U+3.8U2+0.2U3，試用HG-1850型DVM進行測量處理，實現(xiàn)對溫度的直接讀數(shù)。解：解：為了方便編程，將上式變換為T=0.2(U+1

40、9)U+38U+22，然后通過鍵盤編制計算程序，編程鍵的操作順序如表9-1。 表表9-1 例例9-1編程鍵的操作順序編程鍵的操作順序順序編程顯示器的響應(yīng)順序編程顯示器的響應(yīng)1編程PRO12RRES2RRES13+Add3+Add142241115222591916HUL6HUL170.7RRES1820.28+Add19統(tǒng)計St093320編程HI1083821編程LO11HUL22編程END第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 474. 智能智能DVM的操作使用的操作使用智能數(shù)字電壓表種類繁多，操作方法也不盡相同。但不管哪種型號的儀表，除了正確選用儀表外，均應(yīng)熟悉其面板結(jié)構(gòu)，按照儀表說明書正確操作使用

41、，否則有可能造成操作錯誤甚至損壞儀表。在此重點介紹它的調(diào)整方式和使用。（1）智能DVM的調(diào)整方式1）全自動調(diào)整儀表的調(diào)零及校準都由儀表內(nèi)部自動進行，外部沒有調(diào)整機構(gòu)。2）只需調(diào)零，校準用外校使用儀表時，首先要在所用的量程上調(diào)零。校準時，一般要在儀表的基本量程上外加標準電池或電壓源進行。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 483）先調(diào)正、負平衡，再校準先將儀表校準開關(guān)置于“正、負平衡”位置，調(diào)節(jié)平衡電位器，使DVM正、負顯示值相等或在允許范圍內(nèi)。然后將校準開關(guān)撥到校準位置。這時，正、負顯示值也應(yīng)保持平衡，如果不相等，要反復(fù)調(diào)節(jié)并使之達到規(guī)定的要求。4）先調(diào)零平衡，再自校準先將儀表校準開關(guān)放在零平衡位置，

42、調(diào)節(jié)零平衡電位器，使顯示值在0之間變化，再把開關(guān)撥至校準位置。調(diào)節(jié)“校準”電位器，使之顯示規(guī)定的校準電壓。此時，相反極性也應(yīng)顯示這一電壓，否則需反復(fù)調(diào)節(jié)。5）調(diào)零、正負校準分別進行將儀表選擇開關(guān)先后置于“零調(diào)整”、“正校準”、“負校準”第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 49位置，調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器，使之顯示相應(yīng)的零電壓、正校準電壓、負校準電壓。有的表沒有調(diào)零擋，其調(diào)零是在測量時短路輸入端進行的。6）開蓋調(diào)整如果以上各種外部調(diào)整程序都進行完畢后仍達不到理想的顯示值時，則需打開機蓋，調(diào)節(jié)內(nèi)部的“調(diào)零”、“校準”、“量程滿度”等電位器，使儀表符合技術(shù)指標要求。7）調(diào)節(jié)零電流為了減小零電流的影響，有的DVM有

43、零電流調(diào)節(jié)器。這種DVM在測量前也應(yīng)按規(guī)定調(diào)節(jié)零電流的大小，使顯示接近規(guī)定值為止。 第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 50（2）智能DVM的使用國產(chǎn)PZ115A型數(shù)字電壓表的前、后面板結(jié)構(gòu)如圖9.12(a)和圖9.12(b)所示。1）開機狀態(tài)PZ115A型數(shù)字電壓表接通電源并經(jīng)初始化后，自動處于、中速、自動量程、自動校零、本地（即前面板）控制狀態(tài)，“自動量程”燈和“自動校零”燈亮。2）測量信號輸入端子前面板有三個輸入端子，“信號高端”通過繼電器接到測量電路高端；“信號低端”接測量電路信號低端；“保護端”接儀表保護屏蔽層。一般測量場合，保護端子可以不用，如有明顯共模干擾電壓時，此端子接共模電壓的高端，

44、可以改善共模干擾第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 51電源指示燈按鍵顯示器高端低端信號輸入保護端(a)校準孔保險絲座GPIB接口GPIB地址開關(guān)電源輸入CENTRONIC接口(b)圖9.12 PZ115A型數(shù)字電壓表面板結(jié)構(gòu)圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 52抑制效果。3）鍵盤功能選擇儀器前面板共有16個按鍵，絕大多數(shù)的按鍵都有兩擋功能，按鍵的左邊文字或符號表示該鍵的第一擋功能，上邊文字或符號表示該鍵的第二擋功能。選擇某鍵第二擋功能時，必須先按紅色“換擋”鍵，再按該鍵。4）自動校零和手動校零PZ115A型數(shù)字電壓表有自動校零功能，在自動校零時“自動校零”燈亮，此時每間隔5min自動校零一次。退出自動校

45、零時“自動校零”燈熄滅。當(dāng)需要人為校零時，可以連續(xù)按兩次“自動校零”鍵，該DVM便執(zhí)行兩次校零操作，且保持原來的校零模式。校零操作可隨時進行，不影響測量。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 535）連續(xù)取樣和單次取樣該DVM具有連續(xù)取樣和單次取樣功能。按“單次”鍵，DVM進入單次取樣狀態(tài)，“單次”指示燈亮，此時顯示的是按“單次”鍵后測得的數(shù)值，并保持不變，每按一次“單次”鍵就顯示一個新的測量值。按“換擋”鍵再按“連續(xù)”鍵，DVM便進入連續(xù)取樣狀態(tài)，“單次”指示燈熄滅。在“只講”方式不能進入單次測量方式。（6）測量最大值/最小值該DVM具有顯示最大值/最小值功能。按“換擋”鍵后按“最大/最小”鍵，DVM

46、進入顯示最大值方式，“最大值”指示燈亮；如果再按“換擋”鍵后按“最大/最小”鍵，進入顯示最小值方式，“最小值”指示燈亮。在顯示最大值或最小值狀態(tài)，顯示第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 54器始終顯示測量過程中出現(xiàn)的最大值或最小值。在DVM處于自動量程方式、“只講”方式時，不能進入最大值、最小值測量狀態(tài)。（7）極限判別該DVM具有極限判別功能。在進入極限判別測量之前，用戶需要設(shè)置被測量的上限和下限值。在極限判別測量狀態(tài)下，顯示器顯示出上下限之間的值。如果測量值大于上限值，顯示器顯示“H”，測量值小于下限值，顯示器顯示“L”。當(dāng)DVM工作于“只講”方式并連接一個“只聽”打印機時，大于上限或小于下限的值被

47、打印機打印輸出。進入極限判別態(tài)的操作過程：按“極限”鍵，顯示器顯示“H”，提示用戶輸入上限值，用戶按“換擋”鍵和數(shù)字鍵輸入上第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 55限值，再按“置數(shù)”鍵把送入顯示器的上限值置入。隨后，顯示器顯示“L”，提示用戶輸入下限值，用戶按數(shù)字鍵輸入下限值，再按“置數(shù)”鍵把送入顯示器的下限值置入。一旦上下限值置入，該DVM就進入極限判別測量態(tài)。在極限判別態(tài)時，再按“極限”鍵則退出極限判別態(tài)。9.4 自動測試系統(tǒng)、個人儀器與虛擬儀器自動測試系統(tǒng)、個人儀器與虛擬儀器9.4.1 自動測試系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)（ATS，Automatic Testing）是計算機技術(shù)和測試技術(shù)相結(jié)合

48、的產(chǎn)物，是以通用計算機為核心，以標準接口總線為基礎(chǔ)，由可程控電子儀器（智能儀器）等構(gòu)成的現(xiàn)代測試系統(tǒng)。典型自動測試系統(tǒng)如圖9.13所示。 一個自動測試系統(tǒng)由計算機、多臺可程控儀器及GPIB三第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 56者組成。計算機是系統(tǒng)的控制者，通過執(zhí)行測試軟件，實現(xiàn)對測量全過程的控制及處理；各可程控儀器設(shè)備是測試系統(tǒng)的執(zhí)行單元，完成采集、測量、處理等任務(wù)；GPIB由計算機及各可程控儀器中的標準接口和標準總線兩部分組成，它把各種儀器設(shè)備有機地聯(lián)接起來，完成系統(tǒng)內(nèi)的各種信息的變換和傳輸任務(wù)。 標準接口計算機標準接口可程控電子儀器標準接口可程控電子儀器標準接口可程控電子儀器標準接口打印機待測

49、件標準總線圖9.13 典型自動測試系統(tǒng)組成第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 57自動測試系統(tǒng)具有極強的通用性和多功能性，對于不同的測試任務(wù)，只需增減或更換“掛”在它上面的儀器設(shè)備，編制相應(yīng)的測試軟件，而系統(tǒng)本身不變。該系統(tǒng)適用于要求測量時間短而數(shù)據(jù)處理量極大的測試任務(wù)中。9.4.2 個人儀器及系統(tǒng)個人儀器及系統(tǒng)個人儀器PI（Personal Instrument）即PC儀器或儀器卡，是在智能儀器的基礎(chǔ)上，伴隨個人計算機（PC）在電子測量領(lǐng)域中的應(yīng)用而誕生的。它將傳統(tǒng)智能儀器中的測量部分配以相應(yīng)的接口電路制成各種儀器卡，插入到PC的總線插槽或擴展箱內(nèi)，而傳統(tǒng)智能儀器所需的控制、存儲、顯示和操作等任務(wù)均

50、移交給PC機來承擔(dān)。個人儀器系統(tǒng)則是由不同功能的儀器卡、插卡箱和一臺PC機有機結(jié)合而構(gòu)成的自動測試系統(tǒng)。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 581. 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式個人儀器及系統(tǒng)分為內(nèi)插件式、模塊式兩種結(jié)構(gòu)形式，F(xiàn)分別如圖9.14(a)和圖9.14(b)所示。 內(nèi)插件式將儀器插卡直接插入到PC機內(nèi)部的總線擴展槽內(nèi)，是一種最簡單的形式。內(nèi)插件式結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉的優(yōu)點，但難以滿足儀器對電流和散熱的要求，機內(nèi)干擾較嚴重；在組成個人儀器系統(tǒng)時，因無專門儀器卡PC總線主板(a)PC總線主板儀器卡外部機架（插件箱）個人計算機個人計算機(b)圖9.14 個人儀器及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式第9章 智能測試儀

51、器與系統(tǒng) 59為儀器定義的總線，各儀器之間不能直接通信，模擬信號也無法經(jīng)總線進行傳遞，故內(nèi)插件式個人儀器及系統(tǒng)性能較差。 模塊式結(jié)構(gòu)具有獨立的機箱和獨立的電源，可以使儀器免受機內(nèi)噪聲干擾；由于設(shè)有專門的儀器總線（PC-IB），可以方便地組成儀器系統(tǒng)；因為更換了與微機配合的接口卡，可適應(yīng)多種個人計算機；而且系統(tǒng)中的儀器模塊和接口電路也采用了微型計算機，故模塊式個人儀器系統(tǒng)是一種功能強大的分布系統(tǒng)。內(nèi)插件式和模塊式個人儀器及系統(tǒng)由于未采用統(tǒng)一的標準而不能兼容，因此出現(xiàn)了VXI儀器系統(tǒng)。VXI儀器系統(tǒng)采用了VXI總線。由于VXI總線采用了用于儀器模塊式插卡的新型第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 60互聯(lián)標

52、準，使得VXI總線可以為模塊電子儀器提供一個開放的結(jié)構(gòu)，所以不同廠家提供的VXI儀器系統(tǒng)的各種儀器模塊均可以在同一主機箱內(nèi)運行。VXI儀器系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容不再作詳細分析。2. 組成組成內(nèi)插件式和模塊式個人儀器及系統(tǒng)由硬件、軟面板及系統(tǒng)軟件等三部分組成。（1）硬件組成個人儀器及系統(tǒng)硬件是由儀器插件通過總線與微機融合在一起構(gòu)成的，儀器插件具有接口和測量兩大部分電路，如圖9.15所示。第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 61接口部分由接口芯片、地址譯碼電路、控制電路等部分組成，這與PC機的一般功能接口卡的接口電路基本一致。測量部分電路一般包括輸入電路、采樣保持與A/D變換、數(shù)據(jù)傳送、時基與時鐘等部分。地址譯碼

53、電路控制電路接口芯片接口部分A/D芯片S/HA/D輸入電路基準時鐘控制數(shù)據(jù)地址微機內(nèi)總線測量部分圖9.15 個人儀器硬件電路結(jié)構(gòu)圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 62（2）軟面板軟面板是顯示在微機屏幕上由高分辨率作圖生成的儀器面板圖形。用戶通過操作鍵盤、移動鼠標器光標或觸屏等方式來選擇軟面板上的按鍵（軟鍵），實現(xiàn)對個人儀器及系統(tǒng)的操作。（3）系統(tǒng)軟件個人儀器系統(tǒng)一般有人工控制和程序控制兩種控制方式，軟件系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖9.16所示。PC操作系統(tǒng)軟面板控制用戶程序狀態(tài)表儀器驅(qū)動程序GPIB命令庫儀器模塊1儀器模塊2儀器模塊nGPIB儀器個人儀器模塊圖9.16 個人儀器控制系統(tǒng)示意圖第9章 智能測試

54、儀器與系統(tǒng) 63在人工控制方式下，系統(tǒng)軟件在微機屏幕上產(chǎn)生一個軟面板，用戶如同操作傳統(tǒng)儀器一樣，通過軟面板選擇功能、量程以及輸入有關(guān)參數(shù)，建立起相應(yīng)的狀態(tài)標志提供給儀器驅(qū)動程序。軟面板的鍵盤操作一般是以中斷方式實現(xiàn)的，當(dāng)用戶按下一個鍵時，軟面板就終止當(dāng)前執(zhí)行的功能，判斷所按的鍵。如果按下錯誤的鍵就發(fā)出聲響，以提醒用戶；如果按下正確的鍵，或顯示所選參數(shù)，或與儀器驅(qū)動程序模塊進行通信來執(zhí)行某項操作并實時顯示測量結(jié)果。在程序控制方式下，為了方便用戶編制測試程序進行自動測試，系統(tǒng)軟件提供易記好學(xué)的高級命令。用戶只需按照語句格式進行編程即可。儀器驅(qū)動程序是最底層的軟件，是與PC儀器硬件直接聯(lián)第9章 智能

55、測試儀器與系統(tǒng) 64系的軟件模塊，無論人工操作方式或程序操作方式都要調(diào)用儀器驅(qū)動程序去執(zhí)行輸入/輸出操作。儀器驅(qū)動程序是直接面向硬件的，實時性強，程序執(zhí)行速度要求快，一般采用匯編語言編寫。9.4.3 虛擬儀器虛擬儀器虛擬儀器又稱為集成儀器，是指在通用計算機上添加幾種帶共性的基本儀器硬件模塊，通過軟件組合成各種功能的儀器或系統(tǒng)儀器。其中激勵信號是由微機產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)D/A變換器產(chǎn)生的模擬信號。許多測試功能可以通過對被測信號的采樣，經(jīng)A/D變換后實現(xiàn)。數(shù)據(jù)分析與處理顯示等功能還可以完全由軟件來實現(xiàn)，從而擺脫由硬件構(gòu)成一件件儀器再連成系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。故從某種意義說，計算機就是儀器，軟件就是第9章

56、智能測試儀器與系統(tǒng) 65儀器。虛擬儀器是由計算機、A/D及D/A等帶共性的硬件資源和應(yīng)用軟件共同組成的。1. 硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)智能儀器由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理及存儲、顯示或輸出等三部分組成，它們的作用分別是：將輸入的模擬信號波形進行整理，并經(jīng)A/D變換成數(shù)字信號以待處理；由微處理器按照功能要求，對采集的數(shù)據(jù)作必要的分析和處理；將處理后的數(shù)據(jù)存儲、顯示或經(jīng)D/A變換成模擬信號輸出。傳統(tǒng)智能儀器一般只有一種功能或數(shù)種功能。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通用模塊組合起來，通過編制不同的測試軟件來構(gòu)成任何一種儀器而不是某幾種儀器。如一第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 66塊數(shù)據(jù)采集（DAQ，D

57、ata Acquisition）卡可以完成A/D、D/A變換、數(shù)字輸入輸出、計數(shù)器/定時器等多種功能，再配以相應(yīng)的信號處理電路組件，即可組成能構(gòu)成各種虛擬儀器的硬件平臺。由于受器件和工藝水平等方面的限制，現(xiàn)階段虛擬儀器的硬件系統(tǒng)還使用原有的能與計算機通信的各類儀器，例如GPIB儀器以及帶有RS-232接口的儀器或儀器卡等?，F(xiàn)階段虛擬儀器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本框圖如圖9.17所示。圖像采集（DSP）信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡GPIB儀器GPIB接口卡VXI總線儀器串行口儀器現(xiàn)場總線設(shè)備測試軟件測控對象PC機/工作站圖9.17 虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)框圖第9章 智能測試儀器與系統(tǒng) 67圖像采集（DSP）信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡GPIB儀器GPIB接口卡VXI總線儀器串行口儀器現(xiàn)場總線設(shè)備測試軟件測控對象PC機/工作站圖9.17 虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)框圖2. 軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)典型的虛擬儀器軟件產(chǎn)品有NI公司的LabVIEW和LabWindows、HP公司的HP VEE和HP TIG、Tektronix公司的Ez-Test和T