GPIB接口的自动测试系统

       计量测试、检定工作是一项繁杂重复的过程，必须按照检定规程对装备的每个量程、每个档位进行测试，人工测试难免会出错。当今，较先进的仪器、设备多具有标准总线接口，可用计算机进行程控操作。数字多用表种类繁多、型号各异，测试与检定工作量很大，自动测试系统，既可减轻劳动强度，提高工作效率，又能保证计量工作的准确性。1概述       计算机自动测量和控制CAMAC（Computer Automat Measurement And Control）系统（简称测控系统）是一门新兴的技术，它是自动控制技术、计算机科学、微电子学和通讯技术有机结合、综合发展的产物。测控系统包含的内容十分广泛。它包括各种数据采集和处理系统，自动测量系统，生产过程控制系统，导弹、卫星的检测及发射控制等。       计算机技术和现代微电子技术的发展与普及，促进了电子测量仪器的快速发展。与此同时，工程上也越来越需要将测试用的电子仪器设备与计算机连接起来组成一个由计算机控制的智能系统，即自动测试系统（Auto-test System）。自动测试系统中仪器、仪表种类繁多、独立性强，它们与计算机还要协同工作，所用的接口的要求也要高于一般串行、并行接口。GPIB（General Purpose Interface Bus）正是这样的接口。它作为桥梁，把各种仪器与计算机紧密地联系起来，正是因为GPIB通用接口的出现，才使得电子测量由独立的、传统的单台仪器向自动测试系统的方向发展。 2 GPIB 通用接口系统         GPIB是HP 公司在60年代末和70年代初开发的通用仪器控制接口总线标准。IEEE国际组织在1975年对GPIB进行了标准化，由此GPIB变成了IEEE488.1标准。1987年，IEEE推出了IEEE488.2标准。       该系统的特点是：积木式结构，可拆卸、易于重建；控制器可以是计算机、微处理器或简单的程序控制器；数据传送可*，使用灵活，价格低廉。正是由于以上特点，GPIB广泛应用于对测试仪器进行计算机控制、计算机与计算机之间的通讯，以及对其它电子设备的控制。       GPIB系统中可以接入多个仪器或装置，这些仪器或装置根据其在系统中所起的作用可以分为三种类型。有些装置能够发送某些消息来管理接口电路，控制整个系统协调工作，具有这种能力的装置称为控者。有些装置能够通过其接口电路向系统发送某些只与装置本身功能有关的消息，称为讲者。相反，有些装置能够通过其接口电路接收由讲者发来的消息，称为听者。其基本特点如下：    1、 总线电缆包括16根信号线和9根地线。16根信号线中，8根为数据线，5根为接口管理线，3根为握手线。（即数据字节传送控制线）。    2、 采用位并行、字节串行，三线连锁握手技术，双向异步传送方式。数据格式采用7位ASCII码，经8根数据总线传送。三线连锁握手技术是为确保系统内速率不同的各个装置之间可*地进行双向异步传送数据的一种专门技术。    3、数据传送速率为：当总线电缆总长在20m以内时，若采用集电极开路式发送器，则最高工作速率为250kbytes/s，若采用三态门发送器，则一般速率为500 kbytes/s，最高可达1M bytes/s。    4、总线电缆传送途径总长度不超过20m。若采用特殊的发送器和接收器，则距离可扩展至500m，系统中互连的装置台数不超过15台。    5、地址容量为：在一般情况下，讲地址和听地址用一个字节表示，称为单字节地址，这时总共可有31个讲地址和31个听地址。若不够用时也可用双字节表示地址，则可有961个讲地址和961个听地址。    GPIB主要是为台式测量仪器（或装置）组成自动测量系统而设计的，是一种小巧而价廉的接口系统。3自动测试系统实例3.1 系统概述3.1.1 系统构成    该系统主要由微机，程控设备（交直流标准源5720），通用接口母线（IEEE—488），辅助设备（打印机），被测仪表（数字多用表8840A、1071、HP33401A）等组成。其硬件组成，如图1所示。   图1 GPIB系统结构    该系统可实现微机与IEEE—488总线的连接，在程序控制下可实现系统内各设备间的通信。可构成开放式的积木测试系统，解决了各种装备与各类计算机的接口问题，是当前工业领域应用最广泛的通信总线之一。3.1.2 系统功能    该系统具有以下功能：对数字多用表8840A、1071、HP33401A进行检定、及校准；对系统的设备进行故障诊断；剔除粗大误差及数据处理；打印检定证书及原始记录等。数字多用表的计量检定、测试工作主要包括检定、校准、数据处理三个部分，每个部分相互独立且其内部过程大体类同。据此，可将整个系统分为整体界面、检定、校准、数据处理及辅助帮助五个模块。3.1.3系统开发    用VB开发测控软件，既可通过API函数实现串口通信，又可发挥VB数据库的功能及其生成界面快的特点，从而简化程序设计，提高编程质量和速度。采用模块化程序设计方法，逐步细分模块，统一界面，设计好入、出口参数，以便于调用与升级。另外，还要考虑容错性、安全性等问题。其软件工作原理，如图2所示。    该系统可在软件的支持下利用微机控制标准源及数字多用表实现检定过程的自动控制。其自动检定流程，如图3所示。3.2数据处理    该系统的数据处理分为采集标准源数据及检表数据，计算绝对误差，剔除粗大误差，根据检定规程标出超差点以及打印检定结果等功能。3.2.1 数据采集    程控微机通过IEEE—488总线接口读取标准源及被检表的数据。3.2.2 计算绝对误差    将标准源及被检表数据的差的绝对值作为绝对误差。3.2.3 粗差剔除(5) 保存测试数据。检定结束后，将检定结果以文本文件的格式保存在硬盘的指定目录中。3.2.4 标出超差点    粗大误差剔除后，可根据绝对误差计算出数字多用表每一功能的不确定度。同时，可依据检定规程计算每个量程的超差点。3.2.5 打印检定结果    根据检定结果打印检定证书，给出装备各功能的不确定度及每个量程的超差点，供装备使用者参照。3.3 自动故障诊断    本系统具有故障诊断功能，可调用故障检测程序对系统进行自动检测。自检时，可准确判定系统故障的位置。检测程序的思路是，依次对微机接口卡、标准源、被检表等进行检测。3.3.1 微机接口卡检测    微机发出程控命令，控制标准源及被检数字表进入远程控制状态，如标准源及被检数字表均无法进入程控状态，则判定是微机接口卡出现故障。3.3.2 标准源检测    对标准源发出程控命令，程序依次设定标准源的功能为10V电压档、1A电流挡、1欧姆电阻档。微机依次发出程控命令后，标准源均未进入程控状态，则判定标准源接口故障；如仅是某一项功能无法程控，则判定标准源出现故障。3.3.3 数字表检测    对被检表发出程控命令，进行检测，检测方法与检测标准源的方法相同。4 结束语    该系统虽是一个数字多用表测试、检定系统，但其设计思想却适用于其它具有标准接口设备的自动测试。该系统除完成一般的数据处理外，还具有粗大误差剔除、故障诊断的功能。