自动测试系统与虚拟仪器原理·开发·应用PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1 自动测试系统的基本概况 1

1.1.1 自动测试系统和通用接口的基本概念 1

1.1.2　GPIB接口的基本概况 2

1.1.3　VXI仪用总线的基本概况 4

1.1.4　VPP软件规范概况 5

1.2　虚拟仪器的基本概念 6

1.2.1　虚拟仪器的主要功能 6

1.2.2　USB接口的基本概况 7

1.2.3　虚拟仪器软件开发工具 9

1.3 自动测试技术的发展和本书的主要内容 11

1.3.1 自动测试系统的发展过程 11

1.3.2　PXI和LXI总线系统 12

1.3.3　自动测试的应用领域 13

1.3.4　自动测试技术的发展规律 14

1.3.5　测试工程师的责任和本书的主要内容 16

本章小结 17

参考文献 17

第2章　数据采集器 18

2.1　数据采集器的基本概念 18

2.1.1　数据采集器的基本结构 18

2.1.2　A/D转换器的量化功能 19

2.1.3　A/D转换器的基本工作原理和控制方式 20

2.1.4　采样保持器的工作原理 23

2.1.5　A/D转换器的主要性能指标和选择原则 24

2.2　数据采集器的通道调理电路 25

2.2.1　缓冲放大器与仪器放大器 26

2.2.2　隔离放大器 27

2.2.3　滤波器的基本概念 31

2.2.4　滤波器电路设计的归一化实现 33

2.2.5　Bach滤波器的设计方法 35

2.2.6　开关电容滤波器SCF 36

2.2.7　多路通道开关 39

2.3　数据采集器的操作控制 42

2.3.1　典型的嵌入式微控制器 42

2.3.2　接口芯片的总线操作 43

2.3.3　I2C总线的数据传输 44

2.3.4　SPI接口的操作 46

2.3.5　LVDS总线差分接口 48

2.3.6　数据采集器定时采样的控制方式 48

2.3.7　数据采集器中的实时操作系统 50

2.4　数据采集过程中的采样问题讨论 52

2.4.1　采样定理和混叠现象 52

2.4.2　抗混叠滤波器及其有关参数的选择 54

2.4.3　周期信号的M/N采样方法 57

本章小结 58

参考文献 58

第3章　GPIB通用接口总线 60

3.1 GPIB通用接口总线的基本原理 60

3.1.1　GPIB通用接口总线的基本概念 60

3.1.2　GPIB规范的要点说明 62

3.2　可程控仪器的CPIB接口开发 68

3.2.1　可程控仪器的GPIB接口电路 68

3.2.2　接口芯片的功能寄存器 70

3.2.3　可程控仪器的基本工作流程 75

3.3　GPIB总线控制器 79

3.3.1　GPIB总线控制器的工作原理 79

3.3.2　总线控制器命令函数的设计和使用 82

3.3.3　基于GPIB接口的微机光谱分析系统 85

3.4　IEEE488.2和SCPI规范要点 89

3.4.1　ANSI/IEEE488.2规范的要点介绍 89

3.4.2　可程控仪器标准命令SCPI规范的要点说明 93

3.4.3　可程控仪器编程控制的示例 94

本章小结 97

参考文献 97

第4章　VXI仪用总线系统 99

4.1 VXI总线的基本概念 99

4.1.1　VME总线的基本结构特点 99

4.1.2　针对测试扩展的VXI总线结构 102

4.1.3　VXI机箱和模件的机械结构 103

4.1.4　VXI总线的电气特性和电磁兼容性要求 104

4.1.5　VXI总线的系统配置 105

4.2　VXI总线系统的工作原理 107

4.2.1　逻辑器件和地址空间 107

4.2.2　主模块与从模块的数据传输方式 108

4.2.3　VXI器件的接口寄存器组 109

4.2.4　消息基器件之间的通信协议 110

4.2.5　VXI器件的初始化过程 111

4.2.6　VXI资源管理器与0槽控制器 112

4.3　VXI系统主机的工作方式和应用示例 113

4.3.1　GPIB/VXI的总线控制方式 113

4.3.2　嵌入式主机的VXI系统工作方式 116

4.3.3　仪器驱动程序 117

4.3.4　用于地震模拟试验的VXI自动测试系统 118

4.4　VXI总线即插即用规范 119

4.4.1 自下而上的VISA结构 120

4.4.2　VISA的I/O控制函数集 121

4.4.3　仪器驱动程序的接口模型 123

4.4.4　VPP软面板 124

4.4.5　VISA资源描述和资源管理器 124

4.5　软件开发平台LabWindows/CVI 126

4.5.1　编程环境和编程方式 126

4.5.2　编程示例 129

4.5.3　IVI可互换仪器驱动程序的概念 132

4.5.4　独立发布软件的生成 132

本章小结 133

参考文献 134

第5章　测试系统的远程操作 135

5.1 串行通信和RS-232协议 135

5.1.1　串行通信的基本概念和分类 135

5.1.2　异步串行通信的UART协议 136

5.1.3　RS-232接口标准 136

5.1.4　信号电平的转换 139

5.2　RS-232对调制解调器的控制 139

5.2.1　公用电话系统的通信过程 139

5.2.2　信号调制技术 140

5.2.3　调制解调器及其控制方式 141

5.2.4　智能调制解调器的管理 142

5.3 自动测试系统中PC主机的串口操作 144

5.3.1　微机之间的RS-232串口连接方法 145

5.3.2　20mA电流环接口与现场总线485接口 146

5.3.3 Windows环境下PC串口的VB编程 147

5.3.4　XMODEM通信协议 148

5.3.5　循环冗余校验码CRC算法 149

5.3.6　强震观测系统远程监控的实例分析 152

5.4　基于TCP/IP的远程测控功能 155

5.4.1　TCP/IP网络通信协议 155

5.4.2　测控系统对网络通信的基本要求 156

5.4.3　远程实时监控的端口操作实现方法 158

5.4.4　数据传输的电子邮件实现方法 160

5.4.5　文件传输的FTP实现方法 161

5.4.6　远程操作的工作示例 162

5.4.7　嵌入式系统中的网络接口与应用方法 162

5.5　用于远程测试的无线通信 165

5.5.1　GSM和SMS手机短信业务的基本概况 165

5.5.2　GSM模块的应用方法 166

5.5.3　串口编程操作的要点 167

5.5.4　无线通信网络ZigBee 168

本章小结 171

参考文献 171

第6章　基于USB的虚拟仪器 173

6.1 USB的数据通信原理和协议要点 173

6.1.1　USB系统底层的树形结构 173

6.1.2　差分信号与总线状态 174

6.1.3　传输事务和信息包的基本结构 175

6.1.4　数据传输的帧结构和传输类型 176

6.1.5　控制传输的工作过程 178

6.1.6　USB系统工作的两个阶段 179

6.1.7　USB系统的开发 180

6.2　USB设备接口控制器的开发 181

6.2.1　USB通用接口模块的基本结构 181

6.2.2　核心接口芯片USBN9604的操作原理 183

6.2.3　USB设备接口控制的程序固件 185

6.2.4　通用接口模块的使用方法 187

6.3　USB主机操作软件的开发 188

6.3.1　USB设备驱动程序 189

6.3.2　人机接口设备HID协议 189

6.3.3　在VB中调用Windows的API函数 190

6.3.4　在PC主机中建立支持USB设备的通用方式 192

6.3.5　USB操作类函数的实现方法 193

6.4　基于USB的信源／数采装置 195

6.4.1　信源／数采设备的电路设计 195

6.4.2　设备控制固件程序的建立 197

6.4.3　不同工作模式的虚拟仪器应用 198

6.5 支持USB接口的50MHz高速数据采集器 200

6.5.1　高速数据采集器的系统结构 200

6.5.2　核心器件的原理和时序 201

6.5.3　控制电路的CPLD实现 202

6.5.4　USB接口和虚拟仪器模式 204

6.6　高速数据传输和同步问题的探讨 205

6.6.1　影响USB2.0数据传输速度的因素分析 205

6.6.2　USB2.0设备控制器的高速工作模式 206

6.6.3　建立UXI测试总线的构想 208

本章小结 210

参考文献 211

第7章　PCB电子功能模件的自动测试 212

7.1　PCB电子功能模件测试的基本概念 212

7.1.1　PCB电子功能模件测试的基本方法 212

7.1.2　传统ATE设备的基本情况 213

7.1.3　针床和夹具结构 215

7.1.4　PCB功能模件测试要求的新动向 216

7.2　模拟电路的路内测试 217

7.2.1　PCB模拟器件路内测试的基本原理 217

7.2.2　阻抗测试的相关分析法 218

7.2.3　保护地的概念和三线法路内测试 219

7.2.4　三线法路内测试的误差分析 220

7.2.5　六线测试的原理 221

7.2.6　非线性器件的测试方法 223

7.2.7　虚拟仪器的实现方案 223

7.2.8　通用可程控仪器的使用 225

7.3　PCB模件的功能测试 227

7.3.1　测试设备的设计思想 227

7.3.2　面向微处理器的总线测试 228

7.3.3　逻辑分析功能的实现方法 229

7.3.4　特征分析功能及其软件实现 232

7.3.5　功能测试系统的主操作界面 234

7.4　边界扫描测试与IEEE1149规范 236

7.4.1　边界扫描测试的基本原理和基本单元结构 236

7.4.2　边界扫描测试控制器及其访问端口 237

7.4.3　TAP控制器的状态控制 238

7.4.4　边界扫描测试的操作指令及工作方式 239

7.4.5　边界扫描的描述语言BSDL 242

7.4.6　边界扫描在板级测试中的连接方式 243

7.4.7　边界扫描测试系统的虚拟仪器示例 244

7.4.8　边界扫描虚拟仪器的上层软件 247

7.4.9　混合信号测试及总线标准 248

本章小结 252

参考文献 252

第8章　典型软件算法和典型应用系统 254

8.1　频谱分析 254

8.1.1　频谱分析的基本概念 254

8.1.2　离散傅里叶变换 256

8.1.3　应用DFT进行频谱分析 256

8.1.4　FFT的基本原理和程序实现 258

8.2　数字滤波器设计 260

8.2.1　数字滤波器的等效离散化设计方法 260

8.2.2　数字滤波器的FIR和IIR形式 262

8.2.3　典型一阶IIR滤波器的参数确定 262

8.2.4　四点加权的FIR数字滤波器 263

8.2.5　数字滤波器的使用 264

8.3　时间序列的建模分析 265

8.3.1　最小二乘的参数估计算法（LS算法） 265

8.3.2　时间序列的ARMAX模型 268

8.3.3　最优激励信号的选择 269

8.4　基于数理统计的可信度分析方法 271

8.4.1　最小二乘估计参数的分布情况 271

8.4.2　方差的估计 273

8.4.3　估计参数的置信区间 274

8.5　大型旋转机械的状态监测与故障诊断 276

8.5.1　200MW和300MW汽轮发电机组转子的状态监测 277

8.5.2　传感器和监测仪表的配置 279

8.5.3　数据采集器的工作特点 281

8.5.4　计算机监测分析软件 282

8.5.5　故障诊断的模糊推理与专家系统简介 285

8.6　用于心电监测的虚拟仪器开发 288

8.6.1　心电测试原理 288

8.6.2　虚拟仪器的结构设计 289

8.6.3　基于SOC的USB设备控制器 290

8.6.4　前置放大电路的构建 290

8.6.5　PC应用软件的开发 293

本章小结 295

参考文献 295

参考复习题 296