隨著測試和測量領域中計算機技術的不斷滲透，儀器系統中將更多地采用目前流行的總線類型，如通用接口總線（GPIB）和串行接口總線，以及新近出現的以太網、USB和IEEE 1394等通信總線。電子儀器的數量和類型正在日益增加，增強了計量檢測部門檢定／校準工作的難度與強度。需要建立能夠自動檢定／校準電子儀器的測試系統，從而快速、準確地對電子儀器進行檢定／校準。

自動檢定／校準電子儀器的系統中將涉及到多種接口總線類型的儀器，各種儀器的供應商也不同。目前各大電子儀器制造公司已推出了一些具有代表性的自動檢定／校準軟件系統產品。但存在一些不足：（1）必須使用特定型號的GPIB接口卡作為計算機和儀器之間的互連接口設備；（2）有些軟件是針對使用特定公司的電子測量儀器作為標準儀器而設計的檢定／校準系統，存在通用性問題。這些原因使自動檢定／校準系統的應用受到限制。為此，解決多種接口總線類型的儀器與計算機之間的直接通信，使檢定／校準測試系統軟件具有通用性，構建基于多總線的自動檢定／校準測試系統是能夠滿足計量部門電子儀器自動檢定／校準的解決方案。

1 、自動檢定／校準測試系統設計方案

1．1 系統硬件組成

自動檢定／校準測試系統的硬件平臺由控制計算機、可程控的被檢儀器、標準儀器和連接這些設備的互連總線組成。典型的系統硬件組成，如圖1所示。以示波器的檢定／校準為例，其中，控制計算機選擇帶有GPIB，RS232，VXI，USB，LXI接口的微型計算機。示波器為系統中的被檢儀器，用于測量標準儀器輸出的信號。系統中的標準源儀器輸出標準信號。所有這些儀器必須是帶有互連接口的可程控儀器。

組建檢定／校準系統時，根據儀器的不同接口類型選擇儀器與控制計算機的連接方式。可以通過接口卡直接與計算機相連，或者使用橋接器、接口轉換器連接儀器。配備有USB接口的儀器，可以方便的連接在計算機的USB接口上。LXI接口儀器可以連接在與控制計算機相連的交換機上，也可以將其他接口儀器通過轉換器轉化為LAN接口后連接至LAN集線器或交換機上。靈活的硬件連接方式，便于快速組建檢定／校準系統。

1．2 系統互連總線

過去20多年間，自動化儀器系統中已廣泛使用IEEE 488和通用接口總線GPIB。近年來，電腦配備均提供以太網絡、USB（通用序列總線）等接口。這些新的總線具有多項優良特性：易于使用（USB）、連結（以太網絡）。GPIB是專為儀器控制應用而設計的，擁有更強的功能與廣泛的使用者基礎，GPIB在未來的許多年仍會繼續存在。因為沒有一種總線技術能夠在儀器控制工業中位居于主導地位，制造廠商對于總線的集成速度緩慢。現今僅有數個儀器制造廠商在所制造的儀器中內建USB或以太網絡選擇界面。隨著PC技術的發展，將有更多新的總線可以應用于儀器控制。考慮到PC技術的迅猛發展，而測試測量儀器的生命周期相對較長，計量部門所組建的檢定／校準／測試系統，需要兼容多廠商多總線類型的儀器。

研究了在可程控測量儀器中廣泛使用的測量儀器總線，并根據各種接口在儀器控制領域的應用情況，文中主要采用GPIB，RS232，VXI，USB，LXI總線作為自動檢定／校準測試系統的互連總線。

2、 自動檢定／校準測試系統軟件設計

自動檢定／校準測試系統軟件要能適應對不同廠家、不同型號、不同接口的儀器的自動檢定／校準。為了提高軟件的通用性，將檢定／校準流程與系統軟件分開，系統軟件可以為不同的儀器編輯檢定／校準流程并存放在數據庫中；系統執行檢定／校準時，從數據庫讀取相應的檢定／校準流程，實現對不同儀器的檢定校準。按照上述功能需求，多總線自動檢定／校準測試系統軟件由檢定／校準管理層、檢定／校準執行層、數據庫管理系統、I／O接口層組成，系統軟件結構框架圖，如圖2所示。

2．1 多總線儀器硬件兼容的實現方案

如圖2中VISA接口子層是實現儀器統一編程接口的核心。VISA詳細規范了虛擬儀器I／O接口軟件的組成、內部結構與實現規則，而符合此規范的虛擬儀器I／O接口函數就是VISA庫。VISA庫對于儀器驅動程序開發者來說是一個可調用的操作函數集，它駐留于計算機系統之中執行儀器的特殊功能，為計算機與儀器提供軟件層連接，以實現對儀器的程控。

可程控儀器標準命令（SCPI-Standard Com-mands for Programmable Instruments）于1990年提出。SCPI聯盟致力于開發計算機和測試系統間的通用接口語言。SCPI是為測試測量儀器而設計的一種可讀的ASCII碼儀器命令語言SCPI為各類程控儀器提供了通用的語言和語法規則，它獨立于硬件，其字符串可以通過任何儀器接口發送，它的命令可由C，C++，Visual Basic等任何一種編程語言發出。

I／O接口層是實現系統兼容多總線類型儀器的主要層次。通過對儀器應用命令和操作以及I／O進行標準化，使得儀器應用程序的開發與儀器接口無關。該層可細分為4個子層，分別是：VISA接口層、標準命令層SCPI、儀器驅動程序及函數層。其中，VISA與SPCI層是I／O接口與命令接口層，函數定義與驅動程序構成應用編程接口層。I／O接口層實現了儀器和通信協議對儀器應用編程的透明，也就是說，這一層與通信協議及儀器本身是無關的。

2．2 引入獨立于軟件的測量流程，增加軟件的通用性

測量流程即檢定步驟，是完成一臺儀器檢定／校準過程中，測試系統中各個儀器所需要依次進行的一步一步操作。測量流程中包含檢定／校準項目、測量點、所使用儀器的功能、量程設置等信息，測試流程隨著檢定／校準時使用的儀器、檢定／校準項目等具體情況的變化而有很大的不同。數據庫管理系統合理、有效地組織、管理檢定／校準過程中涉及到的信息和數據。自動檢定／校準軟件用到被檢和標準儀器的程控指令、檢定／校準項目和測量點、誤差上下限、檢定／校準結果等各種信息和數據以測量流程的形式全部存入數據庫中，軟件通過訪問數據庫中存儲的測量流程來控制儀器。自動檢定／校準軟件的源代碼中不涉及具體的儀器信息，使軟件具有對不同類型和型號的可程控儀器的兼容性。

如圖2所示，檢定／校準執行層，它主要由檢定／校準流程編輯模塊、檢定／校準流程解釋執行模塊和程控指令測試模塊組成。編輯模塊的主要功能是根據不同的儀器編輯檢定／校準檢定校準流程，并存儲在數據庫中。檢定／校準流程解釋執行模塊根據系統中接入的儀器選擇相應的檢定／校準流程，并解釋執行該流程，完成對儀器的自動檢定／校準，儀器自動檢定／校準過程，如圖3所示。程控指令測試模塊用于直觀的驗證程控指令的功能，從而保證檢定／校準流程中使用的程控指令的正確性。

引入獨立于軟件的測量流程，增強了軟件的通用性。系統中的測量標準和被測儀器可以替換成其他儀器，而軟件不需要變更，很好地保護了測試系統的軟件投資。根據需要選用不同的測試儀器，可以方便的組建適用于不同儀器的計量測試系統。軟件對不同儀器的檢定／校準，只在測量流程中區別開。以簡單的格式規定測量流程，使計量人員能方便的編寫出測量流程。這種方法避免了以往自動檢定／校準軟件系統產品的缺點，可以同時發揮軟件人員和計量人員各自的長處，滿足計量部門的需求。

檢定／校準管理層，它幫助用戶組建自動測試系統，主要完成對檢定／校準過程中測量數據的分析處理，以及按照用戶的要求輸出檢定結果。例如把測量結果數據存儲起來，并以檢定／校準證書的形式打印。

3 、結束語

文中提出了一種基于多總線的自動檢定／校準測試系統設計方案，解決了多總線自動檢定／校準測試系統中不同總線類型的儀器硬件兼容問題，引入獨立于軟件的測量流程，增加了軟件的通用性。本系統具有易于組建、互換性強、開放性好的特點，能有效地兼容不同接口類型的各種儀器，保護了系統的軟件投資。系統能較好地滿足當前計量部門的需求，適用于組建各種不同儀器組成的計量測試系統。

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