基于GPIB的自动测试系统的研究与实现

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　　摘 要：GPIB自动测试系统是当前广泛采用的一种测试方式，它能够将虚拟技术、计算机技术与测试设备进行整合，具有测试速度快、准确性高以及功能强大的特点，从对自动测试系统需求的角度出发，对GPIB自动测试系统进行了系统的研究与分析，以此设计出系统完善的自动测试系统。
　　关键词：GPIB测试系统；虚拟仪器
　　中图分类号：TB
　　文献标识码：A
　　文章编号：1672-3198（2015）15-0191-02
　　自动测量系统就是指采用计算机对各个仪器进行控制，并且实现测试过程自动化的系统。而计算机控制测试系统的自动化必须依靠仪器总线而实现，而GPIB则是目前广泛采用的一种测试仪器总线。其主要功能就是利用GPIB接口卡将若干个GPIB仪器连接起来，以此增强测试仪器设备的功能，进而实现高效灵活完成各种测量任务的要求。
　　1 测试系统的需求分析与总体设计
　　1.1 系统的功能与要求
　　该测试系统主要是对各种信息进行自动接收的设备，因此该自动测试系统主要就是利用GPIB总线将多台测量仪器与控制计算机进行连接，然后通过计算机控制系统实现与各个系统的连接，组建一个完整的自动测试系统。目前自动测试系统的功能主要包括：一是计算机通过网络向各个接收机发送工作指令，实现对测试设备的控制；二是计算机通过GPIB接口，实现信号源、示波器以及网络分析器等仪表的自动控制与测试；三是具有计算与补充功能，系统可以根据幅度，计算出相应的幅度因子，进而存入到数据库中。
　　测试系统的测试参数要求：控制信号输出的频率范围、测量输出信号的幅度以及相位、能够实时显示各种测量的数值，并且能够及时存入数据库中。
　　1.2 系统总线选择
　　测试总线的目的就是要求系统设计者要根据总线的使用规则去设计，将各个测试设备的接口与总线的接口实现一致，避免设备的单独设计连接，这样设计的最终目的就是实现了系统设计的简化程度，提高了系统的稳定性，促进系统的扩充与升级。传统的电子设备都是建立在独立的平台中，这种设计所使用的端口为RS―232，这种设计是不适合现代测试技术发展的，尤其是GPIB总线的出现使得测试总线技术得到发展，GPIB是一种字节串行的位平行总线，其主要采取三线控制信号握手协议，能够将多台设备进行连接。但是由于GPIB系统所存在的某些缺陷，在实际应用中，往往单独利用GPIB系统是缺乏实用性的，因此我们可以进行总线的组合应用，具体就是通过GPIB将各种总线进行连接，比如将GPIB或以太网用作系统的I/O骨干，其可以很容易把大型主机的仪器集成到独立的PC中。
　　2 GPIB自动测试系统的设计结构
　　2.1 自动测试系统软件设计
　　本系统的测试操作比较复杂，因此我们应该选择具有多任务处理能力的操作系统。并且利用VISUAL C++开发软件，以此实现源码级的多个级别的重用。自动测试系统软件是整个系统的核心，因此软件的设计应该以数据的采集、传输以及处理等为核心，实现多个模块之间的连接。分析整个自动测试软件系统模块主要包括：GPIB通信模块、数据库管理模块、数据处理模块以及UDP通信模块。本系统中的软件主要是通过GPIB接口进行通信，因此其需要相应的硬件驱动程序支持即提供标准的I/O函数库――VISA。
　　VISA函数库具有：一是资源管理类。资源管理类主要是函数通过查找GPIB设备、与设备建立逻辑连接实现对硬件设备的操作，避免了人工操作的局限；二是基本输入类，其主要是与GPIB设备进行基本的读写操作，并且实现了读写数据过程的不转换性，实现了读写数据的实时显示；三是格式化输入/输出，该功能主要是与设备进行格式化的读写操作转换，实现程序的自动转换；四是GPIB接口功能类，其主要是对GPIB设备进行操作指令的操作，比如利用该功能可以将GPIB接口命令发送到GPIB接口总线设备中；五是VISA控制管理类。此类函数完成对GPIB接口或设备的属性进行读取和设置操作，同时可以得到设备的状态字，可为使用者了解函数的执行状态提供便利。
　　2.2 仪器功能的设计
　　仪器功能设计是对整体测试系统的总体设计，GPIB测试系统的完成必须要借助各种仪器设备，并且要保证这些仪器要完全发挥他们的功能，以便实现测试系统功能的正常发挥，所以我们需要采取基于类库的面向对象设计技术，保证系统能够不断地适应系统功能变化的需求。仪器抽象类的设计主要就是利用各种仪器所存在的共同点，实现对仪器操作的模块化操作，减少代码的重复性。示波器是实现设备抽象类的工具，因此在设计示波器类时一定要考虑操作的可能性以及通用性，实现系统具有扩展性。示波器的操作程序就是计算机向示波器发送一个查询信息，然后示波器在向计算机发送相应消息，而消息的发送是以SOPI命令的形式实现的。
　　2.3 测试系统的同步技术
　　测试系统的同步技术是建立在计算机的统一控制下，将各种测试设备进行合理的规划与运作，以此实现自动测量、数据处理以及结果显示等工作，在某种意义上测试设备的同步操作关系到系统的稳定性以及测试系统的效率，因此GPIB系统要进行测试系统的同步技术：一是延时方法。延时方法就是利用时间差，将不同的系统反映时间间隔起来，上一个系统执行命令的时间比较长时，我们就可以在下一个系统进行操作时进行一定的延时，以此压缩短期命令集中给测试系统造成堵塞。比如对设备初始化速度比较慢的现实考虑，可以将程序对初始化之后的指令采取延时操作，直到仪器完成初始化操作。延时主要采取软件延时和定时器延时。总体看，延时方法不会给GPIB总线造成拥堵；二是状态查询方法。在测试系统进行测试的过程中，如果系统对某个命令执行反映的时间比较长之后，我们就可以选择利用查询的方法，确定执行系统设备的运行情况，从而进行系统的操作。
　　3 自动测试系统的实现
　　自动测试系统的实现必须要依靠终端设备的集合，因此人机接口的设计是实现GPIB自动测试系统性能的关键，因此人机接口设计的优化与否直接影响到用户对系统的使用，尤其是要对计算机的信息输入与指令等信息操作进行熟练的控制与操作。系统在进行测试时，由于其测试任务需要使用一定数量的频率点，而且每次循环中仪器的指令执行需要较长的时间，因此需要设计与用户界面形成相互独立的线程，以此避免因为单线线程设计造成系统出现“假死”的现象。一般启用辅助线程之前，必须要为辅助线程的主程序写一个全局函数，这样单独线程在进行计算工作时，当全局函数返回时，线程就结束了。
　　本文以某测试系统的测试过程为例，说明测试过程的测试操作流程，见图1，该系统是一次基于GPIB的自动测试系统的具体流程：
　　（1）初始化网址。初始化网站主要是设置相关的数据IP地址和接口，以此实现系统数据的完成。
　　（2）初始化接口仪器。初始化接口仪器的主要功能就是实现对系统运行相关的运作。
　　（3）初始化测试流程。该模块主要是对系统的操作系统进行设置，比如设计测试系统的测试频率等等。
　　（4）自动测试线程。自动测试线程是示波器控制的关键系统，同时也是对示波器测试系统进行相位计算的主要手段与技术，以此将结果在人机界面上显现出来，并且完成下一个频率点的测试任务。
　　4 结束语
　　基于GPIB的自动测试系统能够满足现代测试技术发展的要求，通过运用该技术不仅能够提高测试系统的测试速度，而且还能为实现测试技术的模块化、网络化提供重要的技术参数，因此本文提出的针对GPIB自动测试系统的设备，是将各个方面的技术综合应用的具体体现。
　　参考文献
　　[1]张毅，周绍磊，杨秀霞.虚拟仪器技术分析与应用[J].北京：机械工业出版社，2004.
　　[2]郑敬华，刘晨，高超.一种基于GPIB的自动测试系统实现方法研究[J].信息通信，2012，（1）.
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