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计算机测试系统的结构与原理

发布日期:2017-12-11 10:13:59 【关闭】
摘要:计算机测试系统是以计算机为核心组成的数字化测试系统。它在实现快速测试、高准确度 测试、综合参数测试和自动化测量方面比一般测试装置具有突出的优点。同时由于计算机具有 较强的数据处理功能,所以在测量数据计算处理和最后显示测试结果方面可以实现数据表格、 曲线和图形等多种形式的输出。

   计算机测试系统是以计算机为核心组成的数字化测试系统。它在实现快速测试、高准确度测试、综合参数测试和自动化测量方面比一般测试装置具有突出的优点。同时由于计算机具有较强的数据处理功能,所以在测量数据计算处理和最后显示测试结果方面可以实现数据表格、曲线和图形等多种形式的输出。

  通常一个计算机测试系统应具有三个基本组成部分,它们是输入信道、输出信道和主计算机,如图5.1所示。

 

gooxian-计算机测试系统基本组成部分

   输入信道是对被测信号进行数字采集的电路;主计算机部分是对采集数据进行计算处理和对输入/输出信息进行控制管理的部分;输出信道包括输出模拟电路和显示装置。

  根据这三个基本部分的原理、结构和功能的不同,计算机测试系统有各种各样的类型。虽然从不同角度出发,其分类方法有多种,但一般从以下三个方面来分类。

  (1)按被测信号的特性划分有:① 电压信号和电流信号;② 高电平信号和低电平信号;③ 单端输入和差动输入;④ 单极性输入和双极性输入;⑤ 数字信号和模拟信号。

   (2)按输入通道结构划分有:① 单通道信号采集系统;② 多通道信号采集系统。

   (3)按系统性能划分有:① 高速数据采集系统与中、低速数据采集系统;② 集中式系统与分布式系统;③ 智能化系统与非智能化系统。

   一、信号输入通道的基本结构

  被测信号通常可分为数字信号(或开关信号)和模拟量信号。对数字信号,其输入通道结构比较简单,而模拟信号的输入通道较为复杂,而且在计算机测试系统中大多数输入的是模拟信号,因此本节着重对模拟信号的输入通道结构原理进行分析讨论。

  一个简单的单通道输入电路应包括传感器、信号调理电路、采样/保持(S/H)电路和模数转换器(A/D)转换电路几部分,如图5.2所示。

 

gooxian-单通信号输入电路结构

 

   实际的计算机测试系统往往都需要同时测量多个物理量,因此多通道数据采集系统更为普遍。多通道数据采集系统的典型输入结构有三种。
  1.多路分时采集单端输入结构

   如图 5.3所示,多个信号分别由各自的传感器和信号调理电路组成的通道经多路转换开关切换,进入公用的采样/保持电路和A/D转换电路输入计算机。它的特点是多路信号共同使用一个S/H和A/D电路,简化了电路结构,降低了成本。但是它对数据的采集是由多路转换开关分时切换、轮流选通的,因而相邻两路信号在时间上是依次被采集的,不能获得同一时刻的数据,这样就产生了时间偏斜误差。尽管这种时间偏斜很短,对于要求多路信号严格同步采集测试的系统不适用,然而对于多数中速和低速测试系统,是一种应用广泛的结构。

  

gooxian-多路分时采集单端输入结构

  

   2.多路同步采集分时输入结构

   如图5.4所示,这是在图5.3基础上改进的输入通道电路。它的特点是在多路转换开关之前,给每个信号通路增加一个S/H 电路,使多个信号的采样在同一时刻进行,即同步采样。然后由各自的采样保持器保持着采集的数据,等待多路转换开关分时切换进入公用的 S/H 和A/D电路,输入机算机。这样可以消除上述结构的时间偏斜误差,这种结构既能满足同步采集的要求,又比较简单。但是它仍有不足之处,特别是在被测信号路数比较多的情况下,同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长,而保持器总会有一些泄露,使信号有所衰减,由于各路信号保持时间不同,致使各个保持信号的衰减量不同,因此严格地说,这种结构还是不能获得真正的同步输入。

 

gooxian-多路同步采集分时输入机构

   3.多路同步采集多通道输入结构

    这是由多个单通道并列构成的输入通道结构,如图5.5所示。

 

gooxian-多路同步采集多通道输入结构

  

  

  
   显然,它的每个信号从采集到转换,在时间上是完全可以瞬时对应的,即完全同步。但是这种电路结构比较复杂,元器件数量多,成本高,适用于高速采集多通道测试系统和被测信号严格要求同步采集的测试系统。  

   二、输出通道的基本结构

   计算机测试系统常见的普通输出形式有三种:

   (1)在 CRT 显示器屏幕上显示测试结果,通过串行通讯接口实现数据传输。

   (2)在数码管上显示数字。经过数据寄存器和译码器等数字电路实现数据传输。

   (3)由打印机或绘图仪打印数据或绘制曲线和图形。

   除这些普通形式以外,在计算机测控系统中经常通过模拟信号输出通道将主计算机处理结果馈送到控制部件或指示仪表及记录仪器,这一类输出通道比上述普通形式的输出结构稍为复杂些。一般单通道的输出结构应包括数据缓冲寄存器、D/A 转换器、信号变换(放大)器等几部分,如图5.6所示。

  

gooxian-单通道输出结构

   多通道的输出结构都是在单通道输出结构的基础上变换而成,主要有三种。

   1.多路分时输出结构

   图5.7为多路分时输出结构电路图,它的特点是每个通道配置数据寄存器、D/A转换器和信号变换电路,犹如多个单通道输出电路并列。主计算机控制数据总线分别选通各个输出通道,将输出数据传送到各自的寄存器中。这个过程是分时进行的,因此各电路信号在其输出通道的传输过程中是不同步的。这对于要求多参量同步控制执行机构的系统就会产生实践偏斜误差。

 

gooxian-多路分时输出结构

  

  

  2.多路同步转换输出结构

  这种结构与图5.7电路的差异仅在于多路传输通道中 D/A 转换器的操作是同步进行的,因此各信号可以同时到达记录仪器或执行部件。为了实现这个功能,在各路数据寄存器与D/A转换器之间增设了一个缓冲寄存器R2,如图5.8所示。这样,前一个数据寄存器R1与数据总线分时选通接收主机的输出数据,然后在统一命令控制下将数据由R1 传送到R2,并同时进行 D/A 转换,输出模拟量。显然,各通道输出的模拟信号不存在时间偏斜,主机分时送出的各信号之间的时间差,由第二个数据寄存器的缓冲作用所消除。

gooxian-多路同步转换输出结构

   3.多路公用 D/A 分时输出结构

   如图5.9所示,它的特点是各路信号公用一套数据寄存器和 D/A 转换电路。显然,各信号是分时通过的,它们转换成模拟量后可采用两种传输方案,图5.9(a)是将各模拟信号由各自的采样/保持器接收,经变换(放大)电路驱动记录显示装置或执行部件。图5.9(b)则采用多路转换开关控制公用 D/A 转换器与各路跟随保持放大器的衔接。

  

gooxian-多路公用D/A分时输出结构

  

gooxian-d多路公用D/A分时输出结构

   多路公用 D/A 转换电路的优点是结构简单、成本低。但由于各通道信号之间的分时间隔明显增加,时间偏斜误差加大,对于高准确度的测控系统应谨慎使用。

 

  

  

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