自动测试系统的发展现状及前景

第Z7卷第4期飞机设计Vol.Z7No.4Z007年08月AIRCRAFTDESIGNAugZ007收稿日期Z006-11-159修订日期Z007-04-15文章编号1673-4599(Z007)04-0071-04自动测试系统的发展现状及前景刘龙!王伟平!刘远飞(空军工程大学工程学院航空自动控制工程系9陕西西安710038)摘要LXI(LAnextensionforInstrument)是一种适用于自动测试系统的新一代基于LAn的模块化平台标准D自动测试系统的发展经历了3个阶段2专业型\积木型\集成型9LXI仪器总线标准为我国自动测试领域的发展带来了机遇和挑战9为自动测试系统的发展指明了新的方向D关键词专业型9积木型9集成型9LXI仪器总线中图分类号TP336文献标识码AAdvancesinandfuturetendencyofAutomaticteatSystemLIULong9WAnGWei-ping9LIUYuan-fei(AviationAutocontrolEngineeringDepartment9EngineeringCollege9AirForceEngineeringUniversity9Xilan7100389China)Abstract2LXI(LAnextensionforinstrument)isthenew-generationinstrumentationplatformforATS9basedonindustrystandardEthernettechnology.ThedevelopmentofAutomaticTestSystem(ATS)hasexperiencedthreephases2special-purpose9buildingblock9andinte-grated.LXIInstrumentationbusstandardbringsopportunitiesandchallengestothedevelop-mentofATS9pointingthedirectionfortheATSdevelopment.Keywords2specialATS9buildingblockATS9integratedATS9LXIinstrumentationbus以计算机为核心9在程序控制下9自动完成特定测试任务的仪器系统称为自动测试系统(ATSAutomaticTestSystem)DATS最早是为适应多点自动巡回检测的需要而开发的D采用计算机技术以后9ATS有了极大的发展9不但可以快速自动地完成上百个物理参数和开关状态的巡回检测9而且具有过程监测9数据分析9故障诊断及预测等多项功能D自动测试系统的研制工作最早可以追溯到Z0世纪50年代美国为解决军用电子设备维护中遇到的问题而开展的SETE计划D到Z0世纪60年代9计算机开始用于测试领域9自动测试技术也得到了迅速的发展及普遍应用D自动测试系统的发展大致可以分为3个阶段9即专业型\积木型及集成型的模块化仪器Dl专业型第一代自动测试系统早期的自动测试系统多为针对具体测试任务而研制的专业系统9主要用于重复工作量大的测试9或者用于高可靠性的复杂测试9或者用来提高测试速度9或者用于测试人员难以进入的恶劣环境D第一代自动测试系统至今仍在使用D随着计算机技术的发展9特别是随着单片机与嵌入式系统应用技术以及能支持第一代自动测试系统快速7Z飞机设计第Z7卷组成的计算机总线(如PC-104)技术的飞速发展9这类自动测试系统已具有新的测试思路\研制策略和技术支持o第一代自动测试系统是从人工测试向自动测试迈出的重要一步9是本质上的进步9它在测试功能\性能\测试速度和效率以及使用方便等方面明显优于人工测试9使用这类系统能够完成一些人工测试无法完成的任务ol.lPC-l04总线的特点[l1PC-104总线是超小型PC机所用的总线标准o这种超小型PC机由于体积小9结构紧凑9在各种工业控制中很受欢迎9并被嵌入到对体积和功耗要求都很高的产品中9例如医疗仪器\实验室仪器\通信装置\商用终端\军用电子设备\机器人等设备中9因而常被称为嵌入式PC总线o该总线驱动电流小9功耗低9各种插板都采用VLSI器件\〕阵列\ASIC芯片9以及大容量固态盘(一种用半导体存储器件RAM\ROM\EPROM\EEPROM等组成的存储系统9其数据组织和数据存取方法和磁盘机相同9可向存取磁盘数据那样存取固态盘的数据)ol.2第一代自动测试系统的缺点第一代自动测试系统的缺点突出表现在接口及标准化方面o在组建这类系统时9设计者要自行解决系统中仪器与仪器\仪器与计算机之间的接口问题o当系统较复杂时9研制工作量很大9组建系统的时间增长9研制费用增加o除此之外9由于这类系统是针对特定的被测对象而研制的9因此系统的适用性不强9改变测试内容往往需要重新设计电路9根本的原因是其接口不具备通用性o由于在这类系统的研制过程中9接口设计\仪器设备选择方面的工作都是由系统的研制者各自单独进行的9因此系统的设计者并未充分考虑所选仪器\设备的复用性\通用性和互换性问题o2积木式---第二代自动测试系统第二代自动测试系统是在标准的接口总线(GPIB9CAMAC)的基础上9以积木方式组建的系统o系统中的各个设备(计算机\可程控仪器\可程控开关等)均为台式设备9每台设备都配有符合接口标准的接口电路o组建系统时9用标准的接口总线电缆将系统所含的各台设备连在一起构成系统o这种系统组建方便9一般不需要用户自己设计接口电路o由于组建系统时积木式的特点9使得这类系统更改\增删测试内容很灵活9而且设备资源的复用性好o系统中的通用仪器(如数字万用表\信号发生器\示波器等)既可作为自动测试系统中的设备用9也可作为独立的仪器使用o应用一些基本的通用智能仪器9可以在不同时期针对不同的要求9灵活地组建不同的自动测试系统o目前9组建这类自动测试系统普遍采用的接口总线为可程控仪器的通用接口总线GPIB[Z](GeneralPurposeInterfaceBus)9在美国也称此总线为IEEE4889P-IBo在欧洲\日本常称之为(GBZ49.1-85)o采用GPIB总线组建的自动测试系统特别适合于科学研究或武器装备研制过程中的各种试验\验证测试9这种系统已广泛应用于工业\交通\航空航天\核设备研制等多种领域o2.lGPIB总线的诞生及特点197Z年9美国惠普公司提出的P-IB(ew-lett-Packard)总线作为测量仪器和计算机之间通信的标准总线被IEEE规范为IEEE488o后来P-IB总线演变为今天在很多智能仪器上都能看到的GPIB总线o在GPIB总线提出后的30多年间9各种带GPIB接口的测量仪器不断涌现9为搭建强大的自动测量仪器系统提恻了可能o目前广泛使用的带有GPIB接口的自动测量仪器包括惠普公司的P4Z74和P4Z75阻抗分析仪9P54501A数字存储示波器90819715098840A97071数字多用表9丹麦的033型频谱分析仪9Z638型测量放大器9瑞士LEM公司的功率分析仪D6000等oGPIB总线不仅解决了测量仪器之间互联问题9也解决了仪器和计算机之间的互联问题o采用GPIB总线技术搭建的自动测试系统具有方便灵活\可分可和的特点oGPIB总线技术的特点如下:一根GPIB专用电缆可将多台测试仪器连接成一个自动测试仪器系统9但是挂到同一根总线上的设备总数不应该超过15台;GPIB总线的传输距离小于Z0m;GPIB总线的数据传输采用双向异步传输方式9其最大传输速率为1MB/s;GPIB总线信息逻辑采用反逻辑9即高电平为09低电平为19电平与TTL电平兼容;一般情况下9一个自动控制系统内只有一个控者发送各种控制信息进行数据处理o若一个系统中包含多个控者9则在某一时间内只能有一个控者起作用9其余处于空闲状态;GPIB只传输控制命令和测试结果9不参与仪器内部运行o第4期刘龙等自动测试系统的发展现状及前景732.2第二代自动测试系统的缺点基于GPIB总线的第二代自动测试系统的主要缺点表现为1总线的传输速度不够高最大传输速率为1MB/s很难以此总线为基础组建高速数据吞吐量大的自动测试系统;Z由于这类系统是由一些独立的台式仪器用GPIB电缆串接组建而成的系统中的每台仪器都有自己的机箱电源显示面板控制开关等从系统角度看这些机箱电源面板开关大部分都是重复配置的它阻碍了系统的体积质量的进一步降低这说明以GPIB总线为基础按积木方式难以组建体积小质量轻的自动测试系统但对于某些应用场合特别是军事领域对体积质量方面的要求是很高的这样一来积木式自动检测系统的发展空间就会受到限制发展新一代的自动检测系统势在必行3模块化集成型)))第三代自动测试系统第三代自动测试系统是基于VXIPXILXI等仪表总线主要由模块化的仪器/设备所组成的自动测试系统3.lVXI总线的诞生及特点1985年ewlett-PackardTektronixWavetekRacal-Dana和ColoradoData联合推出VXI[3]总线1987年诞生了最早的VXI总线系统规范VXI总线即VME总线在仪器领域的扩展它结合了GPIB总线易于操作及强大的测试测量功能的优势和VME总线系统吞吐量高并能充分发挥计算机效能的优点VXI总线规范在199Z年成为IEEE标准即IEEESTD1155-199Z该规范经过多次修改之后于1998年8月发布了Z.0版从VXI总线诞生至今因其开放式的系统结构强大的测试测量功能系统的高集成度高可靠性和高数据吞吐量同时能有效降低电子测试费用而被越来越多的应用在生产制造研发等领域全球每年的销售额都以Z5%的速度递增截至目前全球共有超过400家的生产厂商产品种类超过1600多种显示出VXI总线的强大生命力VXI产品在我国的航空电子设备测量火箭发动机试验数据采集和铁路机车车辆动力学测试中得到了广泛应用一个VXI总线系统由一个能为嵌入式模块提恻安装环境与背板连接的主机箱组成VXI早期版本背板可实现40MB/s的理论数据传输速率VXIZ.0修订版采纳了VME技术规范后背板理论数据传输速率可达80MB/s每个VXI机箱最大可插入13块插卡多个VXI机箱可以接到一起构成一个数千通道的数据采集系统VXI使用与VMEbus相同的地址和数据转换信号但又在此基础上增加了专为定时和同步设计的仪器总线仪器总线由模块识别总线触发总线模拟加法总线和局部总线4种总线组成模块识别线源于VXI总线的0槽模块接至其他高号槽模块识别总线的作用是检测槽中模块的存在与否;触发总线用于模块之间的通信与定时它们是通用的可用于触发握手时钟或逻辑状态的传送;模拟加法总线是相加总线任何模块都能驱动或接收它的信息也可使各模块输出叠加合成复杂的波形信号;局部总线由相邻的模块确定界限后板将来自7号槽的LBUSC脚接至7+号槽的LBUSC脚相邻的模块之间可通过局部总线通信而不必使用VME数据转换总线这样数据转换总线就可用于其他用途3.2PXI总线的诞生及特点参照VXI总线仪器的经验1997年nI公司推出了一种新的仪器总线PXI[4]总线1998年成立PXI系统联盟推广PXI的应用PXI总线规范是在CompactPCI规范的基础上发展而来的具有PCI的性能和特点包括3Z/64位数据传输能力以及分别高达13ZMB/s和Z64MB/s的数据传输速率除了具有PCI的优点之外PXI总线增加了专〕的系统参考时钟触发总线星形触发总线和模块间的局部总线以满足高精度定时同步通信的要求PXI机箱最多可插入8块插卡1块0槽插卡和7块高槽号插卡通过nI公司的多系统扩展接口MXI-3可以连接多个机箱构成更大的采集系统由于很多大厂商对PXI持保留态度造成市场上PXI产品不如VXI产品丰富目前市场上的PXI产品主要是nI产品产品种类主要包括机箱0槽控制器模拟输入输出数字输入输出等功能模块对于一般的应用场合PXI产品已经能够满足要求但是对于更大更复杂的测试系统VXI则是一个比较好的选择3.3LXI总线的诞生及特点Z004年9月14日安捷仑技术公司和V