现代电子测量技术教案.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,当代电子测量技术,电子信息工程学院 王化深,Modern Electronic Measurement Technology,第1页,第1页,目 录,第一章 概述,第二章 数字示波技术,第三章 数字化信号发生技术,第四章 数据域测试技术,第五章 自动测试系统,第2页,第2页,本课教学安排,1、课程安排,课堂教学 14学时,试验（二个整天）15学时,考试：1学时,2、考核成绩,总成绩=考试（50）+试验（20+30）,第3页,第3页,第一章 概述,第一节 典型电子测量技术,1、测量数据处理,2、显示测量技术,3、频率测量技术,4、电压测量技术,5、信号发生技术,6、频域测量技术,第4页,第4页,第二节 当代电子测量技术,1、数字化测量技术,2、智能化测量技术,3、虚拟化测量技术,4、自动测试系统,第一章 概述,第5页,第5页,第二章 数字示波技术,第一节 数字存储示波器构成和原理,1、数字存储示波器构成,（Digital Storage Oscilloscope，简写DSO）,第6页,第6页,实际数字存储示波器通常将模拟示波器功效融合进来，一个典型结构下列:,第7页,第7页,2、信号采样,数字存储示波器均采用实时采样和非实时采样相结合办法（取样技术），信号采样关键实现部件是A/D转换器。,对观测非周期信号和瞬态信号，实时采样办法能更加好地进行处理和分析。,3、波形存储,把每个离散模拟量经A/D变换后，就能够得到相应数字量。假如设法把这些数字量存到存储器中，就相称于把一个模拟波形以数字量形式存储起来，这可利用微处理器来实现。,如图：,第8页,第8页,第9页,第9页,第10页,第10页,对于非周期单次波形以及频率较低周期波形，必须用实时采样办法。,采样、变换和存储方案,第11页,第11页,4、存储波形显示,把存储器中数据，按地址顺序取出，并经D/A还原为本来模拟量，同时将地址按顺序送出，并经D/A转换成阶梯波。把前一模拟量送到示波器Y轴，把阶梯波送到示波管X轴（作扫描），这样就能把被测波形显示在屏幕上。如图：,第12页,第12页,第二节 数字存储示波器特点,数字存储示波器与模拟示波器相比有下述特点,（1）长期存储波形,（2）信号采集和存储与显示过程分离,（3）含有各种触发方式,能显示触发后信号，能显示触发前信号，,毛刺触发、脉宽触发、窗口触发、逻辑组合触发、状态触发以及电视视频信号触发等,（4）含有各种显示方式,定格显示 刷新显示 滚动显示,（5）便于进行多波形分析比较,（6）采用数字技术提升测量精度高,（7）采用微处理器控制，含有智能仪器特点,第13页,第13页,第三节 数字存储示波器主要技术指标,1、最高采样速率,采样速率是指单位时间内对模拟输入信号采样次数。,最高采样速率由A/D变换器转换速率来决定。,采样速率通常以采样脉冲频率（Hz）、每秒采样样本点数及存储数据位数来表示。在实际应用中，采样速率可依据所设定示波器扫描时间因数Dx（t/div）来选择，但其上限则由示波器最高采样速率所限制。当扫描时间因数t/div拟定之后，采样频率,fs,计算公式为：,fs,=,n,/T,式中：,n,为相应于示波器屏幕水平线每格采样点数；,T为每格扫描时间。,比如：扫描时间为10s/div，水平通道D/A转换器采用10位D/A，示波器水平方向分为10个格，则每格采样数为1024/10=102.4点，采样频率fs为10.24Ms/s。,第14页,第14页,2、系统带宽,数字存储示波器在存储工作方式下带宽（存储带宽）是以有效存储带宽和等效存储带宽来表征。,有效存储带宽表征采用实时采样方式时可测量正弦波信号最高频率；,等效存储带宽表征采用非实时采样技术时可测量正弦波信号最高频率。,数字存储示波器有效存储带宽两种定义当前尚未统一。一个是用A/D转换器采样速率二分之一来定义，即按照奈奎斯特频率极限给出，称为最大存储带宽。,另一个是Tektronix公司首先提出了另一个较为合理存储带宽定义，即：,有效存储带宽=最大采样速率/K,其中，K取值，在使用光点显示时约等于25；使用矢量内插显示时约等于10；使用正弦内插显示时约等于2.5。若非实时采样，其等效存储带宽等于示波器模拟带宽。,第15页,第15页,3、测量分辨率和测量精度,测量分辨率包括电压分辨率（垂直分辨率）和时间分辨率（水平分辨率）。,电压分辨率,电压分辨率指每个采样点模拟量相应二进制数字位数，也就是对信号（Vp-p）所能辨认最小电压等级。电压分辨率由A/D变换器分辨率决定。,时间分辨率,时间分辨率表示对模拟信号相邻两个样点之间时间间隔分辨能力，常以位数（bit）、每格多少点（点/div）或相邻数据点时间间隔（s）来表示。,第16页,第16页,4、存储容量,存储容量又称统计长度，表示数字存储示波器获取被测信号长度能力。示波器存储容量用存储器能够存储最大存储字数来表示。,数字存储示波器存储器通常采用1K、4K、甚至2M字及以上高速半导体存储器。除采集存储器外，尚有用于存储多个波形低速大容量显示存储器和保持存储器，但它们存储容量并不表示获取信号能力。,在实际应用中，存储容量必须按照存储波形长度、细节要求点数（时间分辨率）和仪器限定期基速度进行选择（对单次信号还取决于采样速率）。在有些情况下，采集存储器可串联或分开使用。,第17页,第17页,5、动态范围,动态范围指可测量最大信号与可分辨最小信号之比，惯用对数值dB表示。,动态范围=20log（A/D变换分级数）,电压分辨率每增长 1bit，分级数增长一倍，分级误差减小二分之一，动态范围扩展 6dB。,6、通道数,通道数指数字存储示波器能够同时存储模拟信号个数。,第18页,第18页,第四节 数字存储示波器中关键技术,1、高速信号采集技术,比较式A/D变换器,逐次迫近比较式属于反馈比较式变换器，速率不是不久，故高速数字存储器都采用非反馈比较式A/D变换器，如串并行 A/D变换器、并联比较型A/D变换器等。,快速并行比较式（“闪烁”变换）A/D变换器是全并行比较式高速变换器，它在比较式变换器中变换速率最快，但这种变换器使用比较器较多，且分辨率每增长一位，比较器个数便增长一倍，使分辨率提升受到限制。由于电路复杂，因此制造困难，价格也贵。,第19页,第19页,电荷耦合器件（CCD）A/D变换器,电荷耦合器件是由许多相距很近，且含有内部电荷转移通道MOS电容器构成一维或二维阵列。在加上适当时钟信号后，在这些MOS电容器之间能够发生电荷沿某一方向转移。利用CCD器件快写慢读（电荷转移输出）特性，能够很以便地构成高速数据采集系统。如图：,第20页,第20页,扫描变换管A/D变换器,扫描变换技术是一个转换存储办法，它利用扫描变换管实现高速A/D变换。通常分为电流型和电压型，电流型A/D变换器转换速率快。,扫描变换管与示波管并行工作。扫描变换管工作时，最初是把波形统计在很小靶面上，然后通过电子束扫描靶面，以图像信号输出形式把统计波形抹掉，取出存储信号，经通常A/D变换器有效地变换后，存储到半导体存储器中，供示波器CRT显示。,这种变换器统计速度高，它等效采样速率可达 25Gsample/s100Gsample/s。当扫描变换采用更先进二极管矩阵靶时，它可数字化瞬态信号（或重复信号）高达6GHz。,第21页,第21页,数字化照像系统（DCS）,数字化照像系统是一个完全不同于传统数字化波形方法。它利用含有CCD技术扫描转换录像机，捕捉任何模拟示波器屏幕上波形，使模拟示波器取得数字化和信号处理能力。,DCS主要由视频录像机、帧存板、电缆及相关软件组成。并配有不同接头，供不同示波器联接用，帧存板插入PC机扩展插槽内。,第22页,第22页,2、典型显示技术,光点扫描式显示,光栅增辉式显示,光标和字符显示,第23页,第23页,3、插值显示技术,线性插值,线性插值是在两个采样点之间插入数据点，且采样点和各插值点处于同一条直线上。对于正弦波形而言，采用线性插值后，每七天期仅需要约10次采样就能使波形清楚。,正弦插值,正弦内插显示是对数据进行sin,x,/,x,函数运算后用曲线将各数据点连接起来。采用正弦插值在显示正弦波时，每七天只需2.5次采样就能准确地重现这个正弦波，这个数值已靠近理论值。正弦插值还能预防在正弦波测量期间发生包络误差。,第24页,第24页,4、触发方式,数字存放示波器除含有模拟示波器通常触发外，还含有预置触发观测能力。数字存放示波器中预置触发功效，是以触发点为参考，灵活地移动存放窗口和显示窗口。通常，预置触发是由延迟触发实现。延迟触发有“+”延迟触发和“-”延迟触发。这么，有了预置触发功效后，便能够设置不同延迟字，依据需要在屏幕范围内观测波形各个部分。,第25页,第25页,第五节 数字存储示波器应用,1.数字存储示波器选择,拟定经常测试信号类型，,拟定数字存储示波器存储带宽。,依据信号细节分析要求，拟定示波器测量分辨率等指标。,拟定数字存储示波器数据处理分析能力。,对仪器性能和价格做出综合考虑。,第26页,第26页,2.数字示波测量办法,（1）时间和电压测量,（2）尖峰干扰测量,利用峰值检波模式在宽范围内捕获尖峰干扰,利用毛刺触发功效测量尖峰波形,除了上述测量应用之外，数字存储示波器还被广泛地用于电信、电气、机械、材料试验分析、生物医学、电子、国防科研以及其它如地震、激光和纺织等各种科研和生产领域。,第27页,第27页,你能利用计算机软硬件实现数字存储示波器功效吗？,第28页,第28页,第三章 数字化信号发生技术,第一节 间接频率合成技术概述,基本环、混频环、倍频环、分频环,多环合成单元、混合环,第29页,第29页,第二节 直接数字频率合成技术,一、基本DDFS工作原理,基本DDFS功效方框图如图2.1所表示。它基本上由五部分构成：频率码锁存器（FR）、相位累加器（PA）、ROM（正弦表）、D/A变换器、低通滤波器（LPF），在时钟统调下工作。,第30页,第30页,第31页,第31页,二、基本DDFS设计,设 为所需输出频率。用 代替t，则以时钟周期 为取样间隔正弦取样值为,最小相位间隔应是,式中AROM地址线位数。而最小频率间隔（相邻两个频率点之差，即频率分辨力）应是,式中N相位累加器位数，普通N都不小于A。于是输出频率能够写成,最高输出频率时钟频率/4,第32页,第32页,设计举例：,若要求DDFS输出频率为1Hz10kHz频率间隔1Hz，试设计其各部分参数；若要求输出频率为4.096kHz，k值是多少？,设计思绪：,依据题目要求，主要考虑与频率相关参数：时钟、累加器位数N、频率码k；,最低频率就是分辨力,；最高频率时钟频率/4。,第33页,第33页,第三节 DDFS应用与拓展,1、线性或对数改变频率码实现扫频信号发生器,2、ROM存储任意函数值实现任意波形合成,3、将调制信码加至频率码存储器实现调频信号发生器,4、增长相位码存储器实现相位可调及调相信号发生器,5、加程控放大器或程控调整D/A参考源实现幅度可控,6、与PLL结合实现混合环,第34页,第34页,第四节 DDFS特点,1、任意波形发生,2、跳频速度极快,3、频率分辨率能够任意,4、频率、相位、幅度可控,5、频率覆盖率高,6、频率受器件限制不也许太高,7、可软件实现频率合成,第35页,第35页,第四章 数据域测试技术,第一节 数据域测试技术概述,数字系统相对于模拟系统其信号特点是：,1、绝大部分数字信息都是多位传播；,2、数字信号是时序传递，是数据流；,3、有信号只出现一次，有信号虽重复出现，但是非周期性；,4,、,造成系统犯错误码常混在一串正确数据流中，只在犯错后才干辨认出来，常要求查找其原因；,5,、,数字信号速度改变范围甚广；,6,、,数字信号是脉冲信号。,第36页,第36页,第二节 逻辑分析仪原理,1、逻辑分析仪组成,数据获取和数据显示两大部分组成。,前者捕捉并存放所需观察分析数据，,后者用各种形式显示数据。,包含输入电路（探头）、数据获取、数据存放、数据触发和数据显示几个电路部分。,逻辑分析仪组成以下图：,第37页,第37页,第38页,第38页,2、逻辑分析仪数据获取,逻辑分析仪（LA）分为两大类：,逻辑状态分析仪（LSA）：分析数据流逻辑状态,逻辑定期分析仪,（LTA）：分析时序图逻辑关系,如图：,第39页,第39页,第40页,第40页,数据信号获取是通过多通道探头及其它电路构成。通常有,8,个以上通道,。,为了不影响被测点电位，每个通道都有高阻抗探头接入被测点。,每个通道输入信号，首先接入由比较器构成逻辑电平变换器，其阀值电平可调，以使其输出电平和仪器所用逻辑元件电平相适应。,输入探头有数据探头和时钟探头两种，结构大体相同。时钟输入探头和数据输入探头区别，仅在于时钟输入经变换后，依据需要可产生正沿和负沿时钟输出。数据输入只有在所选时钟到来时才干打入存储器暂存下来。,使用者可依据需要选择时钟作用沿。数据获取如图：,第41页,第41页,第42页,第42页,3、逻辑分析仪采样方式,变换器（探头）输出用时钟脉冲周期性地取样。假如时钟脉冲来自被测系统，取样是同时；若时钟脉冲由仪器（LA）内部产生，它与被测系统时钟无关，则取样是异步。无论何种逻辑信号分析方案，都是在取样时钟到来时才取样并存入数据。,基本数据捕获方式有两种：取样模式和锁定模式。前者利用取样时钟来判断变换器输出逻辑电平高下，用于获取普通数据信号；后者主要用于判断锁定“毛刺”信号。取样模式如图：,第43页,第43页,第44页,第44页,锁定模式如图：,锁定模式利用取样脉冲之间到来钟尖毛刺脉冲（它往往是逻辑电路误动作主要原因），在随之而来时钟到来前，将其先行,bit,取样值极性反转并输出，随之而来时钟到来时，恢复其原取样值，这就实现了对毛刺锁定。,锁定模式利用取样脉冲之间到来中间毛刺脉冲（它往往是逻辑电路误动作主要原因），在随之而来时钟到来前，将其先行bit取样值极性反转并输出，随之而来时钟到来时，恢复其原取样值，这就实现了对毛刺锁定。电路以下图：,第45页,第45页,第46页,第46页,同时取样方式是利用被测电路时钟或一些信号作为逻辑分析仪时钟进行取样。这个从被测电路取得时钟，对逻辑分析仪来说是外时钟。同时取样能确保逻辑分析仪按被测系统节拍工作，获取一系列故意义状态。主要用于分析被测系统逻辑状态。,异步取样方式采取等时间间隔时钟，通常是利用逻辑分析仪内部各种不同周期取样时钟。能够做到快速采样。异步取样所采集是等时间间隔离散点上数据。假如时钟周期选择恰当，CRT上显示图形基本上能反应信号电平随时间改变，主要用于被测系统时序分析，但必须选择适当时钟速率。如图：,第47页,第47页,第48页,第48页,4、逻辑分析仪数据存放,在逻辑分析仪中，被捕获数据是利用RAM并以先入先出（FIFO）方式存放。因而在存放器存满以后，新数据将覆盖旧数据。,大多数逻辑分析仪用等时间间隔取样和存放，它总是要求含有尽也许大存放容量。每个取样时钟到来，存放器总深度中一个单元被利用。,过渡存放法则用两个存放器，一个存放数据，另一个存放时间。它依然由时间间隔固定脉冲来取样，假如某一次取样和下一次取样结果不同，则老数据被装入数据存放器，老数据重复次数，即其连续时间被装入时间存放器。,第49页,第49页,过渡存储法概念图,第50页,第50页,选择性存储：,为了有效地利用分析仪有限存储单元，或者仅选择数据流中特殊部分加以存储，往往附加一个时钟限定条件，由它来决定取样时钟有效或无效，实现数据选择性存储。,第51页,第51页,5、逻辑分析仪数据触发,为了对数据流进行存储和分析研究，应当将数据流分成若干段落，这些数据段落分界点或参考点就选取数据流中某个特殊数据字。当这个选定数据字在某一时刻出现时，即产生一个脉冲作为触发标志。,触发可用来选择数据流中对分析故意义数据块，即在数据流中开辟一个观测窗口。这个窗口所有数据叫做一个跟踪。也就是说跟踪是逻辑分析仪采集并在,CRT,上显示出来一组数据。触发用来决定跟踪在数据流中处于什么位置。,第52页,第52页,第53页,第53页,（1）基本触发方式,逻辑分析仪最基本触发方式是始端触发、终端触发和与这两种触发方式相配合延迟触发。,始端触发：又叫触发开始跟踪，是指逻辑分析仪在被触发时数据（叫触发字）为存放、显示第一个有效数据。触发字后面数据将继续存放，直至存放器存满为止。,终端触发：又叫触发终止跟踪。在触发以前，逻辑分析仪就向存放器中存放着数据。当存放器存满以后，逻辑分析仪才开始搜索触发字，与此同时仍继续用新数据更新存放器中旧数据。一旦发觉触发字或触发事件，就马上停止存放。所以触发字就是存放和显示最终一个有效数据。,以下图：,第54页,第54页,第55页,第55页,延迟触发,延迟触发是与始端触发和终端触发配合工作。即在触发产生时并不马上进行跟踪，而是经过一定延迟才跟踪。,延迟对象主要有两种，一个是时钟延迟，一个是事件延迟。前者称为字延迟，即触发后，经过一定取样时钟数后才开始或终止存放有效数据（视选取始端触发还是终端触发而定）。后者通常是对触发字进行延迟，即检出一定数目标触发字后再触发。事件延迟也能够对特定其它事件进行延迟。,以下图：,第56页,第56页,第57页,第57页,（,2,）序列触发,普通来说，触发条件（触发字）在数据流中出现较为频繁，为了有选择地存储和显示特定数据流，能够利用发生了某一条件后触发条件来触发。这样只要数据流中未出现此条件，则频繁发生触发字都不能进行有效触发。只有当触发使能条件满足之后，继而出现触发字时，该触发字才是有效。这就使得故障较容易发觉和排除。两级以上序列触发称为使能触发或导引触发。如图:,第58页,第58页,（3）计数触发,在软件中经常碰到嵌套循环。假如在逻辑分析仪触发逻辑中设置一个“遍数计数器”，那末就能针对某次需观测循环进行跟踪。这种触发方式为计数触发。如图:,第59页,第59页,第60页,第60页,（4）触发限定,触发限定是限定触发字，增长一些通道来约束或选择所设置触发条件。这些附加通道称为限定通道。限定通道内容不存入存储器，也不显示，它仅影响触发字选择，对一已触发之后获取数据无影响。,与触发,利用触发字和另外一个通道信号之逻辑与（AND）来进行触发，即为“与”触发。当利用计算机运营时一个特定数据单位和系统时钟逻辑与构成触发时，这种触发功效尤其有利。另外，当利用更多控制信号和触发字构成与触发功效时，能够大大地扩展分析仪触发功效，比如，利用多级触发限定，就能够选定符合特定条件数据流进行触发。,第61页,第61页,或触发,利用触发字和另外一个通道外部信号逻辑或（OR）来进行触发，即为“或”触发。在故障原因较多，而发生次数又较少，且难于捕获，并且又要统计下来故障数据，利用这种触发功效是尤其有利。,手动触发,手动触发实质，就是手动停止进一步数据捕获。利用手动控制产生触发信号，能够在任何时刻加触发。它能够应用于比其它触发要优先情况下。,在测量时，无论由于什么原因（比如，使能触发条件满足不了以及用外部时钟取样，但外部时钟中断等），即使数据尚未采集完毕，也要强制显示测量数据时，能够采用手动触发。,第62页,第62页,6、逻辑分析仪数据显示,逻辑分析仪在触发信号到来之前，不断捕获和存储数据，也不断丢失一些老数据。触发信号到来和数据捕获算法完毕时，仪器即转入显示阶段。普通逻辑分析仪都采用CRT显示。,存储器中数据是原始数据。原则上能够将它们转换为任何希望形式显示出来，便于用户分析和应用。通常分析仪CRT屏幕上显示数据能够是数据域、时间域、点图以及D/A等形式。,第63页,第63页,（1）数据时域显示,将存储于存储器数据，变换成波形与时间关系格式。屏幕上波形与电子示波器显示波形十分相同。,其主要区别是：,a.逻辑分析仪CRT屏幕上波形，只有两种逻辑电平，只有取样时钟到来时，才也许有逻辑电平改变；,b.逻辑分析仪CRT屏幕上波形，是由存储器中数据变换而来，因此，屏幕上波形是非实时，它主要表达系统通道信号时序关系。,如图：,第64页,第64页,第65页,第65页,第66页,第66页,（2）数据域显示,将数据用“1”、“0”组合逻辑状态表或真值表形式显示。,状态表每一行，表示一个时钟脉冲对多通道数据捕获结果，它代表一个数据字。为了以便于软件测试，还可将存储器中数据通过适当变换，以其它状态方式显示出来。惯用显示方式：,反汇编显示,地址 操作码助记符,AO LDA,AO1 12,AO2 34,1234 Data 指令执行周期,AO十3 下一指令,第67页,第67页,b.D/A显示,第68页,第68页,c.映射图显示,第69页,第69页,d.比较显示,第70页,第70页,e.直方图显示,时间直方图,标号直方图,第71页,第71页,第三节 逻辑分析仪应用,逻辑分析仪是在数据域中，用以处理测试难题通用数字工具（Digital tool）。尤其在电子计算机、微处理机系统中，它能实时地进行软、硬件各种测量。,1、选取,2、使用,3、分析,4、存档,第72页,第72页,问题：,你能利用计算机强大软硬件功效实现逻辑分析仪吗？,第73页,第73页,第五章 自动测试系统与虚拟仪器,第一节,自动测试系统,分类,（,1,）第一代,：,常见主要有数据采集系统、自动分析系统等。系统控制采用计算机或其它一些简朴逻辑和定期电路。,（,2,）第二代：采用原则总线接口，系统中所用计算机、程控仪器、开关等均配有原则化接口电路。用统一总线电缆将各器件连接起来。,（,3,）第三代：,计算机软件不但承担系统控制和通信功效，也开始代替老式仪器中一些硬件功效。,第74页,第74页,第二节,自动测试系统总线技术,（,1,）,GPIB,技术,HP-IB、IEEE-488（IEEE-488.2）、GPIB、IEC-625,一个并行方式外总线，包括,8,条数据线、,5,条控制线、,3,条挂钩线和,8,条地线，采用比特并行、字节串行双向异步通讯方式。传递消息为负逻辑,TTL,电平，数据传播速率普通为,250500KB/s,，最高可达,1MB/s,。接口系统内仪器数目最多不能超出,15,台。一个系统所使用电缆总长度不能不小于,20,米。,（,2,）,CAMAC,系统,CAMAC系统是一个总线型模块化仪器和数字接口系统系统。原则化程度高、数据传播速率高和应用范围广。,第75页,第75页,（,3,）,VXI,总线系统,VXI,总线是“用于仪器,VME,总线扩展”简称。,含有下列特点：,开放式原则,B.,高速数据传播：32,位并行方式内总线,C.,对仪器功效有利支持,：在VME,计算机总线基础上增长了适合仪器应用总线,D.灵活性：,支持四种模块尺寸，支持,8,位、,16,位、,24,位和,32,位数据传播,E.,测试系统小型化,、低成本、,高可靠性和可维护性,第76页,第76页,（,4,）,PXI,总线系统,是,PCI,在仪器领域扩展，是开放式、模块化仪器总线规范。支持32位或64位数据传播，最高数据传播速率可达132或528MB/S。,第77页,第77页,第三节,GPIB,系统,1.GPIB,系统基本构成,如图所表示，由器件、接口和总线三部分构成。,第78页,第78页,器件,凡配置了 IEEE 488.1接口独立装置称为器件。按器件在系统中运行功效不同可分为三类：,控者器件、讲者器件、听者器件,在自动测试系统中仪器、计算机接口部分与标准电缆总和称为接口系统。每台仪器能够划分成三个部分：初级接口、次级接口和仪器本体。其中次级接口与仪器本体都是与仪器特性紧密相关，这两部分结合在一起称为器件功效。任何仪器器件功效都由仪器设计者自行处理，不受接口标准约束。如图：,第79页,第79页,初级接口设计必须符合相关原则要求，设计者无权更改。,次级接口普通与器件功效密切相关接口电路。,第80页,第80页,总线,通过无源原则电缆把各器件连接在一起，各相应管脚线是并联，称为总线结构，如图：,地址容量,地址即器件（计算机和仪器）代号，惯用数字、符号或字母表示,。,第81页,第81页,2,、,GPIB,总线结构和信号线,GPIB,系统总线共有,16,条信号线，分为三组。,（,1,）数据线,8,条（,DIO,8,DIO,1,）,数据线脚标是,l,8,，而不象计算机,CPU,数据线脚标是,0,7,。通过,8,条线传播双向多线消息。规范没有限制在这,8,条线上传递器件消息编码方式，能够采用二进制编码，,BCD,编码，,7,比特,ASCII,码（第,8,比特可做为奇或偶校验用，也能够不用）。当前用得最多是,ASCII,码。,第82页,第82页,（,2,）数据传播管理线,3,条,GPIB,系统定义了3条数据传播管理挂钩线，其工作过程称为三线挂钩。,DAV,（,Data Valid,）“数据有效”线,该线由发送消息一方控制，只有当,DAV,1,时，表示总线上数据有效，收方才干够接受。假如,DAV,0,，即使总线上有消息，收方也认为是无效，不予接受。,NRFD,（,Not Ready For Data,）“没有准备好”线,该线是受接受器件共同控制，当接受器件中至少有一个器件没准备好时，,NRFD,l,。只有当所有接受器件所有准备好时，才有,NRFD=0,。,第83页,第83页,NDAC,（,No Data ACcept,）“数据未接受”线,该线也是受接受器件共同控制。当接受器件中至少有一个器件对总线上消息没有收完时，,NDAC,l,。直至所有接受器件所有接受完时，,NDAC,才会为,0,。,三线挂钩过程：,当发送消息一方要发送一个字节时，首先将数据送至数据总线上，但此时,DAV,0,，收方不能接受，发送一方检查,NRFD,是否为,0,，始终等到,NRFD,0,，表示收方所有准备好，发送一方令,DAV,1,，收方开始接受，直至所有收方都接受完。这时,NDAC,0,，发送一方也令,DAV,0,，宣布数据无效，并将总线上数据撤掉。假如发送新字节，将再次重复上述过程。举例阐明。,第84页,第84页,源方令DAV0（高电平），阐明母线上数据无效。,受方NRFD l，NDACl。,t-2时刻，源方检查 NRFDNDAC=0（即RFDDAC=l），假如 RFDDAC=1，阐明所有受者都处于AIDS态，即无受者，,挂钩将无法进行。假如RFDDAC=0，阐明能够挂钩，此时源方将数据放到DIO母线上。,第85页,第85页,t-2t0，数据在DIO母线上稳定期间。,t-1时刻NRFD=0，阐明所有受者都已准备好接受数据了。,t0时刻，源方发觉NRFD0后，宣布DAVl，数据有效。,t1时刻，速度最快第一个受者开始接受，进人 ACDS态，使 NRFDl，表示不需要准备了。此后其它受者也开始以各自速度接受母线上同一数据。,第86页,第86页,t2时刻，速度最快受者已接受完毕，但其它受者尚在接受，因此NDAC仍为1。,t3时刻，速度最慢受者已接受完，此时NDAC0。,t4时刻，源方令DAV0。,t4时刻，源方内部产生，并将数据从母线上撤掉。,t5时刻，受者进人 ANRS态，令 NDACl。,进行第二个字节数据异步传播时将重复上述过程。,第87页,第87页,（,3,）管理线（或称接口控制线）,5,条,ATN,（,ATenNion,）“注意”线,IFC,（,InterFace Clear,）“接口清除”线,REN（Remote Enable）“远控也许”线,EOI（End Or Identify）“结束或辨认”线,SRQ（Service ReQuest）“服务请求”线,第88页,第88页,3,、,GPIB,系统消息编码与传递,（,1,）,消息分类,按内容分，可分为接口消息与器件消息。,接口消息,接口消息由控者发出，包括通令、指令、副令、地址等消息，其判别标志是,ATN,1,。控者在公布接口消息时激励,ATN,线为,1,，各器件收到,ATN,l,时，就可确认在,DIO,8,DIO,1,上收到消息为接口消息。,“通令”是指所有器件都必须接受命令。,“指令”是指定系统中一个或几种器件接受命令。,“副令”是在指令后紧接着发出补充命令，供指定器件接受。,第89页,第89页,器件消息,器件消息是讲者发出，包括,DAB,（数据字节）、,PDB,（程控数据，又称程控命令）、,STB,（状态字节，又称状态拜特），其判别标志是,ATN=0,。,第90页,第90页,按起源分，消息可分为远地消息和当地消息。,远地消息,凡通过总线传递消息称为远地消息。它能够是接口消息，也能够是器件消息，能够是在,DIO,线上传递消息，也能够是在管理线或挂钩线上传递消息。,当地消息,有一个器件内部无论进行测量、挂钩、数据传递、数据处理，器件功效与接口功效经常需要互相传递消息。从器件器件功效传到接口功效消息称为当地消息。当地消息只能在器件内部传递，不允许将当地消息传到总线上，更不允许一台器件当地消息传到另一台器件去。,第91页,第91页,接消息使用信号线数目分类，能够分单线消息和多线消息。,单线消息,只使用一根线传递消息称为单线消息。如,REN,、,ATN,、,DAV,等。,多线消息,使用二根或多根信号线传递消息叫多线消息。,从上述三种分类办法不难看出，同一个消息也许含有各种名称。比如,IFC,是单线、接口、远地消息；,rdy,是器件、当地消息。由于,rdy,不使用信号线向外发送或接受，因此不能按单线或多线消息去分类，,MLA,（我听地址）可称为远地接口多线消息。,第92页,第92页,（,2,）,消息传递,GPIB系统中需要传递消息种类繁多，在设计仪器时，必须使各种消息流通渠道径渭分明。下图是一个器件接口电路，同时也是消息传递路径示意图。接口电路大体可划分为三个区域：接口功效区、消息编码逻辑区和器件功效区，前二种属初级接口，后者属次级接口。,第93页,第93页,4,、,GPIB,系统接口功效,第94页,第94页,5、常用编程操作序列,并且可认为编制测试程序及系统管理程序打下基础。,（1）初始化序列,分下列几种过程：,上电初始化,包括控者接口板自身配备。装入系统各器件听讲地址、程控码，建立数据文献 等，有采用人机对话方式，采用高级语言编程或是汇编方式，有要回答控者地址设定、口地址及时钟设定等。,发IFC,控者今IFCl，至少保持100s后，令IFC0，使系统中各器件接口功能清除至初始态。,第95页,第95页,执行远控序列,控者令ATNl，RENl，发各器件听地址。也能够发LLO通令，使各器件当地返回按钮（rtl）作用被封锁。,发接口消息,自命讲者、发指定器件听地址，在控者退出控制后（ATN=0），发器件程控命令。,自命听者，指定器件讲，在ATN=0时接受讲者器件发器件消息。,任命其它器件讲、听，在 ATN=0时只监控SRQ、EOI。,在ATN=l，进行并行查询。,响应SRQ。,执行其它处理程序。,第96页,第96页,对指定器件发听地址，采用人机对话方式，使该器件进行某种当地操作。,对一些器件发各自听地址，然后发GET使其同时完毕某种操作，也可只对一个器件触发，使其完毕一个测试任务。,（2）对器件寻址及数据传递序列,发听、讲地址是依据测试任务需要由控者指派哪台器件担任讲者，哪一台或哪几台器件担任听者，也就是寻址。,（3）器件清除序列,含有DC功效器件在收到控者发出母线命令DCL（器件清除）或SDC（选定器件清除）之后，可使该器件器件功效回到指定初始状态。,第97页,第97页,（4）器件触发序列。,含有器件触发功效器件一些测试操作可由控者进行“启动”。控者发出GET命令能够单独地或成群地启动或触发器件。,（5）远控/本控序列,一台可程控器件往往需要设计成既能接受当地控制，又能接受远地程控，但是在一段时间内器件只能选择接受两种控制方式之一，而不能同时既接受当地控制，又接受远地程控。,第98页,第98页,（6）串行查询序列,配有SR功效仪器，由于某种紧急原因（正常或不正常）需要与控者联系时，能够通过SRQ线向控者发出服务请求消息。由于最多可达14台器件公用一条SRQ线，当控者发觉接口系统上有器件请求服务时，并不能断定哪一台器件在请求服务，必须进行查询以找到请求服务器件，并查明请求服务原因。,（7）并行查询序列,含有PP功效仪器能接受控者并行查询。执行并行查询时，控者能够对多至8台器件执行同时查询，以拟定这些仪器状态。比如数据准备好、报警等。,第99页,第99页,第四节第三代自动测试技术与虚拟仪器,1、第三代自动测试系统特性,计算机一体化、最大程度使用软件、基本通用,2、虚拟仪器基本概念,以通用计算机作为系统控制器、由软件来实现人机交互和大部分仪器功效一个计算机仪器系统。虚拟仪器概念是对老式仪器概念重大突破，它出现使测量仪器与个人计算机界线模糊了。,第100页,第100页,虚拟仪器一词中“虚拟”有以下两方面含义：,（1）虚拟仪器面板,在虚拟仪器中，计算机显示器是唯一交互界面，物理开关、按键、旋钮以及数码管等显示器件均由与实物外观很相同图形控件来代替，操作人员经过鼠标或键盘操纵软件界面中这些控件来完成仪器操控。,（2）由软件编程来实现仪器功效,在虚拟仪器系统中，仪器功效是由软件编程来实现。测量所需各种激励信号可由软件产生数字采样序列控制D/A转换器来产生；系统硬件模块不能实现一些数据处理功效，如FFT分析、小波分析、数字滤波、回归分析、统计分析等，也可由软件编程来实现；经过不同软件模块组合，还能够实现各种自动测试功效。,第101页,第101页,3、虚拟仪器特点,与老式仪器相比，虚拟仪器有下列一些特点：,（1）软件是关键,（2）灵活性和可扩展性,（3）性价比高,（4）良好人机界面,（5）与其它设备互联能力,4、虚拟仪器技术规范,VPP技术规范,VXI即插即用（VXIplug&play：VPP）系统联盟，致力于建立原则化VXI总线系统级体系结构，制定VPP技术规范,。,第102页,第102页,第103页,第103页,没有测量就没有科学！,测量起源于科学技术，服务于科学技术！,希望你能学好了此课一个技术！,第104页,第104页,谢谢各位！,-6-6,第105页,第105页,