李慧明

摘 要：GPIB自動測試系統(tǒng)是當(dāng)前廣泛采用的一種測試方式，它能夠?qū)⑻摂M技術(shù)、計算機技術(shù)與測試設(shè)備進(jìn)行整合，具有測試速度快、準(zhǔn)確性高以及功能強大的特點，從對自動測試系統(tǒng)需求的角度出發(fā)，對GPIB自動測試系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與分析，以此設(shè)計出系統(tǒng)完善的自動測試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：GPIB測試系統(tǒng)；虛擬儀器

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3198（2015）15-0191-02

自動測量系統(tǒng)就是指采用計算機對各個儀器進(jìn)行控制，并且實現(xiàn)測試過程自動化的系統(tǒng)。而計算機控制測試系統(tǒng)的自動化必須依靠儀器總線而實現(xiàn)，而GPIB則是目前廣泛采用的一種測試儀器總線。其主要功能就是利用GPIB接口卡將若干個GPIB儀器連接起來，以此增強測試儀器設(shè)備的功能，進(jìn)而實現(xiàn)高效靈活完成各種測量任務(wù)的要求。

1 測試系統(tǒng)的需求分析與總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的功能與要求

該測試系統(tǒng)主要是對各種信息進(jìn)行自動接收的設(shè)備，因此該自動測試系統(tǒng)主要就是利用GPIB總線將多臺測量儀器與控制計算機進(jìn)行連接，然后通過計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)與各個系統(tǒng)的連接，組建一個完整的自動測試系統(tǒng)。目前自動測試系統(tǒng)的功能主要包括：一是計算機通過網(wǎng)絡(luò)向各個接收機發(fā)送工作指令，實現(xiàn)對測試設(shè)備的控制；二是計算機通過GPIB接口，實現(xiàn)信號源、示波器以及網(wǎng)絡(luò)分析器等儀表的自動控制與測試；三是具有計算與補充功能，系統(tǒng)可以根據(jù)幅度，計算出相應(yīng)的幅度因子，進(jìn)而存入到數(shù)據(jù)庫中。

測試系統(tǒng)的測試參數(shù)要求：控制信號輸出的頻率范圍、測量輸出信號的幅度以及相位、能夠?qū)崟r顯示各種測量的數(shù)值，并且能夠及時存入數(shù)據(jù)庫中。

1.2 系統(tǒng)總線選擇

測試總線的目的就是要求系統(tǒng)設(shè)計者要根據(jù)總線的使用規(guī)則去設(shè)計，將各個測試設(shè)備的接口與總線的接口實現(xiàn)一致，避免設(shè)備的單獨設(shè)計連接，這樣設(shè)計的最終目的就是實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的簡化程度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進(jìn)系統(tǒng)的擴充與升級。傳統(tǒng)的電子設(shè)備都是建立在獨立的平臺中，這種設(shè)計所使用的端口為RS—232，這種設(shè)計是不適合現(xiàn)代測試技術(shù)發(fā)展的，尤其是GPIB總線的出現(xiàn)使得測試總線技術(shù)得到發(fā)展，GPIB是一種字節(jié)串行的位平行總線，其主要采取三線控制信號握手協(xié)議，能夠?qū)⒍嗯_設(shè)備進(jìn)行連接。但是由于GPIB系統(tǒng)所存在的某些缺陷，在實際應(yīng)用中，往往單獨利用GPIB系統(tǒng)是缺乏實用性的，因此我們可以進(jìn)行總線的組合應(yīng)用，具體就是通過GPIB將各種總線進(jìn)行連接，比如將GPIB或以太網(wǎng)用作系統(tǒng)的I/O骨干，其可以很容易把大型主機的儀器集成到獨立的PC中。

2 GPIB自動測試系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

2.1 自動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的測試操作比較復(fù)雜，因此我們應(yīng)該選擇具有多任務(wù)處理能力的操作系統(tǒng)。并且利用VISUAL C++開發(fā)軟件，以此實現(xiàn)源碼級的多個級別的重用。自動測試系統(tǒng)軟件是整個系統(tǒng)的核心，因此軟件的設(shè)計應(yīng)該以數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理等為核心，實現(xiàn)多個模塊之間的連接。分析整個自動測試軟件系統(tǒng)模塊主要包括：GPIB通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及UDP通信模塊。本系統(tǒng)中的軟件主要是通過GPIB接口進(jìn)行通信，因此其需要相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序支持即提供標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫——VISA。

VISA函數(shù)庫具有：一是資源管理類。資源管理類主要是函數(shù)通過查找GPIB設(shè)備、與設(shè)備建立邏輯連接實現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作，避免了人工操作的局限；二是基本輸入類，其主要是與GPIB設(shè)備進(jìn)行基本的讀寫操作，并且實現(xiàn)了讀寫數(shù)據(jù)過程的不轉(zhuǎn)換性，實現(xiàn)了讀寫數(shù)據(jù)的實時顯示；三是格式化輸入/輸出，該功能主要是與設(shè)備進(jìn)行格式化的讀寫操作轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)程序的自動轉(zhuǎn)換；四是GPIB接口功能類，其主要是對GPIB設(shè)備進(jìn)行操作指令的操作，比如利用該功能可以將GPIB接口命令發(fā)送到GPIB接口總線設(shè)備中；五是VISA控制管理類。此類函數(shù)完成對GPIB接口或設(shè)備的屬性進(jìn)行讀取和設(shè)置操作，同時可以得到設(shè)備的狀態(tài)字，可為使用者了解函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)提供便利。

2.2 儀器功能的設(shè)計

儀器功能設(shè)計是對整體測試系統(tǒng)的總體設(shè)計，GPIB測試系統(tǒng)的完成必須要借助各種儀器設(shè)備，并且要保證這些儀器要完全發(fā)揮他們的功能，以便實現(xiàn)測試系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，所以我們需要采取基于類庫的面向?qū)ο笤O(shè)計技術(shù)，保證系統(tǒng)能夠不斷地適應(yīng)系統(tǒng)功能變化的需求。儀器抽象類的設(shè)計主要就是利用各種儀器所存在的共同點，實現(xiàn)對儀器操作的模塊化操作，減少代碼的重復(fù)性。示波器是實現(xiàn)設(shè)備抽象類的工具，因此在設(shè)計示波器類時一定要考慮操作的可能性以及通用性，實現(xiàn)系統(tǒng)具有擴展性。示波器的操作程序就是計算機向示波器發(fā)送一個查詢信息，然后示波器在向計算機發(fā)送相應(yīng)消息，而消息的發(fā)送是以SOPI命令的形式實現(xiàn)的。

2.3 測試系統(tǒng)的同步技術(shù)

測試系統(tǒng)的同步技術(shù)是建立在計算機的統(tǒng)一控制下，將各種測試設(shè)備進(jìn)行合理的規(guī)劃與運作，以此實現(xiàn)自動測量、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果顯示等工作，在某種意義上測試設(shè)備的同步操作關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及測試系統(tǒng)的效率，因此GPIB系統(tǒng)要進(jìn)行測試系統(tǒng)的同步技術(shù)：一是延時方法。延時方法就是利用時間差，將不同的系統(tǒng)反映時間間隔起來，上一個系統(tǒng)執(zhí)行命令的時間比較長時，我們就可以在下一個系統(tǒng)進(jìn)行操作時進(jìn)行一定的延時，以此壓縮短期命令集中給測試系統(tǒng)造成堵塞。比如對設(shè)備初始化速度比較慢的現(xiàn)實考慮，可以將程序?qū)Τ跏蓟蟮闹噶畈扇⊙訒r操作，直到儀器完成初始化操作。延時主要采取軟件延時和定時器延時?？傮w看，延時方法不會給GPIB總線造成擁堵；二是狀態(tài)查詢方法。在測試系統(tǒng)進(jìn)行測試的過程中，如果系統(tǒng)對某個命令執(zhí)行反映的時間比較長之后，我們就可以選擇利用查詢的方法，確定執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)備的運行情況，從而進(jìn)行系統(tǒng)的操作。

3 自動測試系統(tǒng)的實現(xiàn)

自動測試系統(tǒng)的實現(xiàn)必須要依靠終端設(shè)備的集合，因此人機接口的設(shè)計是實現(xiàn)GPIB自動測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，因此人機接口設(shè)計的優(yōu)化與否直接影響到用戶對系統(tǒng)的使用，尤其是要對計算機的信息輸入與指令等信息操作進(jìn)行熟練的控制與操作。系統(tǒng)在進(jìn)行測試時，由于其測試任務(wù)需要使用一定數(shù)量的頻率點，而且每次循環(huán)中儀器的指令執(zhí)行需要較長的時間，因此需要設(shè)計與用戶界面形成相互獨立的線程，以此避免因為單線線程設(shè)計造成系統(tǒng)出現(xiàn)“假死”的現(xiàn)象。一般啟用輔助線程之前，必須要為輔助線程的主程序?qū)懸粋€全局函數(shù)，這樣單獨線程在進(jìn)行計算工作時，當(dāng)全局函數(shù)返回時，線程就結(jié)束了。

本文以某測試系統(tǒng)的測試過程為例，說明測試過程的測試操作流程，見圖1，該系統(tǒng)是一次基于GPIB的自動測試系統(tǒng)的具體流程：

（1）初始化網(wǎng)址。初始化網(wǎng)站主要是設(shè)置相關(guān)的數(shù)據(jù)IP地址和接口，以此實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完成。

（2）初始化接口儀器。初始化接口儀器的主要功能就是實現(xiàn)對系統(tǒng)運行相關(guān)的運作。

（3）初始化測試流程。該模塊主要是對系統(tǒng)的操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，比如設(shè)計測試系統(tǒng)的測試頻率等等。

（4）自動測試線程。自動測試線程是示波器控制的關(guān)鍵系統(tǒng)，同時也是對示波器測試系統(tǒng)進(jìn)行相位計算的主要手段與技術(shù)，以此將結(jié)果在人機界面上顯現(xiàn)出來，并且完成下一個頻率點的測試任務(wù)。

4 結(jié)束語

基于GPIB的自動測試系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代測試技術(shù)發(fā)展的要求，通過運用該技術(shù)不僅能夠提高測試系統(tǒng)的測試速度，而且還能為實現(xiàn)測試技術(shù)的模塊化、網(wǎng)絡(luò)化提供重要的技術(shù)參數(shù)，因此本文提出的針對GPIB自動測試系統(tǒng)的設(shè)備，是將各個方面的技術(shù)綜合應(yīng)用的具體體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅，周紹磊，楊秀霞.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用[J].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]鄭敬華，劉晨，高超.一種基于GPIB的自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)方法研究[J].信息通信，2012，（1）.