电子测试仪器的发展趋势
1 前 言
随着计算机技术的飞速发展，数据通信、网络工程和信息管理等系统性能的巨大改进，出现了将自动测试技术、计算机技术和通信技术的进展结合起来的时机。在短短几年的时间里，测试工业就经历了一场彻底改变测试技术决策的革命。测试系统正沿着计算机化、标准化和网络化三大趋势发展。
实际上，由于高新技术的渗入，尤其是计算机硬件及其软件技术的渗入，改变了传统的测量理论、测量技术和测量方法。例如不断提高计算速度、图形化用户界面、分布式多任务处理方式、网络功能等等，都很快应用并移植到仪器和测试系统中。计算机的发展使测量和仪器增强了功能，提高了效率，形成了众多方便实用的自动测试系统，与计算机技术的结合成为测试和仪器发展的主潮流。现在，个人计算机推出的每一项新技术，都可以立即在新的测试设备上反映出来。今后，先进的电子测试仪器将通过计算机把测量、测试、数据采集、数据处理、自动调节、自动控制、自动校准等应用领域沟通，使研究开发、生产制造、质量控
转子流量计 超声波清洗器 超声波流量变送器 活塞式流量计 涡轮流量计 气体质量流量传感器 电磁流量变送器 制、维修计量等各个环节的测试、测量标准化、系统化。
计算机由于它的可扩展性，通过总线扩展槽、接口卡或装置舱把计算机总线与外部仪器连接起来，利用软件开发工具以增加功能或运用于新的领域。它与传统仪器相比，它的工作面板是虚拟的，这种虚拟面板是用各种高级语言或工具软件编制而成显示在计算机屏幕上，通过鼠标来激活各功能键(这就相当于传统仪器的操作旋扭)控制硬件达到测试目的，由于这种仪器是在计算机上实现，其智能化程度和数据处理能力大大超过了传统的仪器。随着测试仪器和测试技术的不断提高，仪器总线技术也经历了不断的完善、提高和发展的历程。
2 测试仪器接口总线的发展
近些年来，自动测试系统经历了许多变化，而这种系统中接口系统已从专用的逐渐发展成为通用的接口系统，通用性对于一个接口系统来说是最为重要的，要把不同国家，不同厂家生产的设备(包括仪器、仪表、计算机)互相连接在一起，构成一个自动测试系统，就需要各个厂家的产品具有相同的接口协议，即对接口的电气性能、机械尺寸、信号传输形式以及功能四个方面都需要有统一的规定，实现标准化。从而使通过这种办法定义的接口适用于范围广泛的测试仪器，同时也使构成一个完整的自动测试系统所需要的附加工程减少到最低限度，下面列举几种典型的接口总线：
2.1 S-100标准总线
S-100标准总线是微处理机系统内部的标准总线，由100条电源线和信号线组成，其中75个引脚的名称和功能有明确定义，9个有名称而没有详细规定，16个未定义，用户可以自定义。
S-100总线原来是为使用8080微处理器的CPU(Central Processor Unit)而设计，现已为其他微处理机所采用，这种标准总线原来叫做Altair BUS ,1976年命名为“S-100 BUS”，被称为“工业中一向最有用的标准总线”，早已被美国电子与电气工程师协会(IEEE)所采纳，并规定为IEEE-696标准。S-100总线的信道长度小于1米。
2.2 EIA RS-232C串行接口总线
EIA RS-232C标准的全称是ELECTRONIC INDUSTRIES ASSOCIATION RECOMMEND STANDARD-232C。即电子工业协会推荐标准。RS-232C是连接CRT终端和调制解调器时的一种串行接口总线，其信道长度小于15米。与现在常用的IEEE-488接口比较，其串行信息传输慢，但距离较远，而且传输信号线少，结构简单。然而，它实际上并不是仪器总线。虽然大多数微机都装有RS-232通信接口，因而也可以作为仪器控制器使用。但是，它不能区分识别仪器，亦即不能构成仪器系统。RS-232最突出的优点是作为通信接口，它能够通过调制解调器在电话网络上长距离(最长200米)传输数据。
2.3 CAMAC接口总线
随着自动测试系统的迅速发展，插件仪器开始普及，但控制和连接方式五花八门，达不到标准化。唯一有影响的插件仪器总线是CAMAC接口总线，它是专门为核子测量仪器而设计的，当时只对机箱、插件和连接器的尺寸，以及插件底板的互连引脚和引线的作用作出规定。因此，CAMAC是一般的仪器互连总线，70年代后逐渐被其他总线所取代。
2.4 IEEE-488接口总线
美国电子与电气工程师协会(INSTITUTION OF ELECTRON AND ELECTRICAL ENGINEERS)简称IEEE。
IEEE-488接口是IEEE规定的一种仪器标准接口，信道总长度不超过20m，最高传输速率不超过1M Bytes/s，连接仪器不超过15台。美国HP公司(HEWLETT-PARCKARD COMPANY)最先研究这个接口，最初用于可程控的台式仪器间互相连接，所以又叫“HP标准接口”，1975年被美国国家标准局(ANSI)采纳，定为美国国家标准，后被国际电工委员会(INTERNATIONAL ELECTRONTECHNICAL COMMISSION)采纳，定为IEC-625标准。因其使用和传输广泛，故又叫GPIB接口(GENERAL PURPOSE INTERFACE BUS)。
488总线由载有TTL电平信号的16条信号线组成，其中8条用于数据双向传输，8条用于控制和建立同步交换信息操作，最核心的信息交换技术叫做“三线挂钩”，能确保收发双方信息高速传输而不丢失。
IEEE-488接口总线的通用性大大促进了测量仪器和测量系统的发展，迄今为止，国际上许多仪器公司已生产出大量带有IEEE-488接口总线的测试仪器，这些测试仪器被广泛使用，并且在今后相当长的一段时间内，还会继续使用。
2.5 VXI系统总线
所谓VXI总线(VME BUS EXTENSIONS FOR INSTRUMENTATION)是指VME总线对于仪器的扩展，其定义基于已在数字计算机环境中广为适用的VME总线，它把计算机总线与仪器总线合为一体。VME总线提供的高速数据率，对高性能仪器而言是非常理想的，同时它为诸如挂钩、总线仲裁、触发、中断等功能提供了必要的背板结构。
VXI总线仪器系统颇具PC结构特色和VME总线特色，与在电子仪器领域经受了多年实践考验的GPIB紧密地结合起来，实现了计算机控制模块化仪器系统的新构想，因此，VXI总线系统的确切叫法应是“计算机控制模块化仪器系统”。
VXI总线仪器引来了自动测试系统ATE(AUTOMATIC TEST EQUIPMENT)划时代的变化，它符合信息时代的大潮流，虽不属于技术上的重大突破，但却是观念上的一大飞跃。它全面、深刻的影响并且改造了传统ATE(不管是“专用”的还是“通用”的ATE)。在接口与总线方面，VXI总线综合了PC机总线速度高的特点和GPIB总线精度高的特点，优势互补，提高了总线总体性能。在软件方面，VXI总线仪器系统既充分利用了PC机的通用软件、操作系统、高级语言和软件工具，并同步升级，又充分吸收继承了GPIB沿用的488.1、488.2和程控仪器标准命令SCPI，创造了一个从程控仪器标准命令、仪器之间信息交换到系统操作运行程序高度统一的软件环境。
为了充分利用已有资源，VXI总线仪器系统开发了与其它总线体系连接和转换模块，这就使得VXI总线系统具有巨大的包容性，可与任何总线系统的仪器或系统联合工作。VXI总线仪器系统的成功之处在于：最大限度的标准化，涉及到ATE的各关键环节；开放式结构，体现在硬件和软件上。总之，VXI确实给我们带来了IEEE-488不能提供的优点及特点，高速模块到模块通信和同步，并允许VXI应用在诸如高速数传和数字测试的场合。而且，经过一段时间的努力，VXI总线系统已成功地利用于微波频段。预计2000年它将成为程控仪器的主流总线。
2.6 PXI系统总线
PXI模块仪器系统(PCI EXTENSION FOR INSTRUMENTATION)提供了和台式PC机联系的简便的使用方法，融合了仪器和计算机的系统，把实际的仪器水平提高了。它为用户在数据采集、测试和测量的高效率方面创造了更多的机会。强大的PXI模块系统仪器，直接受益于台式PC机硬件和软件发展。简而言之：它具有和PC机同样的软件。PXI模块仪器系统的心脏是高速PCI计算机结构和微软视窗软件，它是当今主流桌面计算机的事实上的标准。
PXI总线是PCI计算机总线的仪器扩展，而VXI总线是VME计算机总线的仪器扩展，PXI总线与VXI总线有不少相似之处，例如均为开放式规范，均采用标准机箱并可形成多机箱系统，均可使用嵌入式控制器，都能利用多种优秀的操作系统和开发工具等等。同VXI系统比较而言，PXI系统的优势在于机箱和模块体积更小、数传速度更快，但PXI机箱插槽数目、电源品种和提供的最大功率均低于VXI系统相应指标的上限值，且尚未被IEEE定为正式标准，缺乏仪器领域最有影响厂家的充分支持，因此，其发展和应用受到一定的影响。
2.7 IEEE1394总线及USB串行总线
IEEE1394总线是由苹果电脑公司在1989年设计的高性能串行接口总线，后被IEEE接受，目前标准为IEEE1394-1995，IEEE1394总线目前的传输速率为100、200和400M bits/s。将来可以到3.2G bits/s。它具有两对信号线和一对电源线，可以用任意方式连接63个装置。由于采用非归零的低电平差分信号传输可以得到很高的数传率，可以等步或异步传递，特别适用于动态画面等视频信号的传输。这种专门用于大量数据传输的串行接口是专为诸如数字相机、硬盘等设计的。
USB总线与IEEE1394总线的工作原理大致相同，能连接127个装置。它的电缆更加简单，只有一对信号线和一对电源线，工作于最高12M bits/s的中等速度，它轻巧简便、价格便宜，比较适用于传递文件数据和音响信号，目前不少新生产的PC机已装配了这种接口。它与IEEE1394总线工作于不同频率范围，可相互配合，相得益彰。
以上两种总线的突出优点是具有热插拔性，可以自动识别、自动组态，实现即插即用，与并行总线比较，更适合于连接多外设的需要。已被PC业界接受为以后PC机必备的接口总线。
3 发展趋势
综上所述，VXI总线仪器系统的思路符合信息时代的要求，它通过标准化的开放结构，把单机与系统、硬件与软件、制造厂与用户的关系规范化。它的思想已被数十个国家、众多的制造商所接受。目前已有了千余种VXI产品。VXI将全面冲击并逐步取代GPIB仪器。VXI将迅速冲击传统的通用ATE，也将对传统的集成电路测试系统提出挑战!当然，这种“冲击”、“取代”有一个发展过程。这是因为VXI总线最初的软件未作规定，而控制方式完全与IEEE488兼容，因此，目前还是两者共同构成自动测试系统。
尽管仪器总线种类繁多、各有特点，但测量仪器向PC机靠拢是一种必然的趋势，模块式测试系统必将持续高速发展。
电子测试仪器的功能不再是由按扭和开关的数量来限定，而是由计算机存储器内装的软件来限定，实现计算机和现代仪器通用性。 频谱分析仪| 电池测试仪| 相序表| 万用表| 功率计| 示波器| 电阻测试仪| 电阻计| 电表| 钳表| 高斯计| 电磁场测试仪| 电源供应器| 电能质量分析仪| 多功能测试仪| 电容表|
21世纪的仪器，是一个开放的系统概念，并随着计算机总线技术、网络通信技术的发展而不断发展。多媒体技术和虚拟现实技术的发展和应用，将极大地推进仪器仪表的智能化进程。在测量方面，以微机和工作站为动力，通过组建网络来提高生产效率和共享信息资源，这已成为一个重要发展方向。
当今时代的测量仪器要求能把自身融合到信息设备系统中去，也即融合到计算机系统中去。测量和仪器专业人员的使命就是在信息时代的浪潮中、在蓬勃发展的计算机、软件、网络技术的舞台上，去创造符合信息时代要求的“智能化”仪器——新一代自动测试系统，去解决信息时代提供给我们的测量课题。
1 前 言
随着计算机技术的飞速发展，数据通信、网络工程和信息管理等系统性能的巨大改进，出现了将自动测试技术、计算机技术和通信技术的进展结合起来的时机。在短短几年的时间里，测试工业就经历了一场彻底改变测试技术决策的革命。测试系统正沿着计算机化、标准化和网络化三大趋势发展。
实际上，由于高新技术的渗入，尤其是计算机硬件及其软件技术的渗入，改变了传统的测量理论、测量技术和测量方法。例如不断提高计算速度、图形化用户界面、分布式多任务处理方式、网络功能等等，都很快应用并移植到仪器和测试系统中。计算机的发展使测量和仪器增强了功能，提高了效率，形成了众多方便实用的自动测试系统，与计算机技术的结合成为测试和仪器发展的主潮流。现在，个人计算机推出的每一项新技术，都可以立即在新的测试设备上反映出来。今后，先进的电子测试仪器将通过计算机把测量、测试、数据采集、数据处理、自动调节、自动控制、自动校准等应用领域沟通，使研究开发、生产制造、质量控
转子流量计 超声波清洗器 超声波流量变送器 活塞式流量计 涡轮流量计 气体质量流量传感器 电磁流量变送器 制、维修计量等各个环节的测试、测量标准化、系统化。
计算机由于它的可扩展性，通过总线扩展槽、接口卡或装置舱把计算机总线与外部仪器连接起来，利用软件开发工具以增加功能或运用于新的领域。它与传统仪器相比，它的工作面板是虚拟的，这种虚拟面板是用各种高级语言或工具软件编制而成显示在计算机屏幕上，通过鼠标来激活各功能键(这就相当于传统仪器的操作旋扭)控制硬件达到测试目的，由于这种仪器是在计算机上实现，其智能化程度和数据处理能力大大超过了传统的仪器。随着测试仪器和测试技术的不断提高，仪器总线技术也经历了不断的完善、提高和发展的历程。
2 测试仪器接口总线的发展
近些年来，自动测试系统经历了许多变化，而这种系统中接口系统已从专用的逐渐发展成为通用的接口系统，通用性对于一个接口系统来说是最为重要的，要把不同国家，不同厂家生产的设备(包括仪器、仪表、计算机)互相连接在一起，构成一个自动测试系统，就需要各个厂家的产品具有相同的接口协议，即对接口的电气性能、机械尺寸、信号传输形式以及功能四个方面都需要有统一的规定，实现标准化。从而使通过这种办法定义的接口适用于范围广泛的测试仪器，同时也使构成一个完整的自动测试系统所需要的附加工程减少到最低限度，下面列举几种典型的接口总线：
2.1 S-100标准总线
S-100标准总线是微处理机系统内部的标准总线，由100条电源线和信号线组成，其中75个引脚的名称和功能有明确定义，9个有名称而没有详细规定，16个未定义，用户可以自定义。
S-100总线原来是为使用8080微处理器的CPU(Central Processor Unit)而设计，现已为其他微处理机所采用，这种标准总线原来叫做Altair BUS ,1976年命名为“S-100 BUS”，被称为“工业中一向最有用的标准总线”，早已被美国电子与电气工程师协会(IEEE)所采纳，并规定为IEEE-696标准。S-100总线的信道长度小于1米。
2.2 EIA RS-232C串行接口总线
EIA RS-232C标准的全称是ELECTRONIC INDUSTRIES ASSOCIATION RECOMMEND STANDARD-232C。即电子工业协会推荐标准。RS-232C是连接CRT终端和调制解调器时的一种串行接口总线，其信道长度小于15米。与现在常用的IEEE-488接口比较，其串行信息传输慢，但距离较远，而且传输信号线少，结构简单。然而，它实际上并不是仪器总线。虽然大多数微机都装有RS-232通信接口，因而也可以作为仪器控制器使用。但是，它不能区分识别仪器，亦即不能构成仪器系统。RS-232最突出的优点是作为通信接口，它能够通过调制解调器在电话网络上长距离(最长200米)传输数据。
2.3 CAMAC接口总线
随着自动测试系统的迅速发展，插件仪器开始普及，但控制和连接方式五花八门，达不到标准化。唯一有影响的插件仪器总线是CAMAC接口总线，它是专门为核子测量仪器而设计的，当时只对机箱、插件和连接器的尺寸，以及插件底板的互连引脚和引线的作用作出规定。因此，CAMAC是一般的仪器互连总线，70年代后逐渐被其他总线所取代。
2.4 IEEE-488接口总线
美国电子与电气工程师协会(INSTITUTION OF ELECTRON AND ELECTRICAL ENGINEERS)简称IEEE。
IEEE-488接口是IEEE规定的一种仪器标准接口，信道总长度不超过20m，最高传输速率不超过1M Bytes/s，连接仪器不超过15台。美国HP公司(HEWLETT-PARCKARD COMPANY)最先研究这个接口，最初用于可程控的台式仪器间互相连接，所以又叫“HP标准接口”，1975年被美国国家标准局(ANSI)采纳，定为美国国家标准，后被国际电工委员会(INTERNATIONAL ELECTRONTECHNICAL COMMISSION)采纳，定为IEC-625标准。因其使用和传输广泛，故又叫GPIB接口(GENERAL PURPOSE INTERFACE BUS)。
488总线由载有TTL电平信号的16条信号线组成，其中8条用于数据双向传输，8条用于控制和建立同步交换信息操作，最核心的信息交换技术叫做“三线挂钩”，能确保收发双方信息高速传输而不丢失。
IEEE-488接口总线的通用性大大促进了测量仪器和测量系统的发展，迄今为止，国际上许多仪器公司已生产出大量带有IEEE-488接口总线的测试仪器，这些测试仪器被广泛使用，并且在今后相当长的一段时间内，还会继续使用。
2.5 VXI系统总线
所谓VXI总线(VME BUS EXTENSIONS FOR INSTRUMENTATION)是指VME总线对于仪器的扩展，其定义基于已在数字计算机环境中广为适用的VME总线，它把计算机总线与仪器总线合为一体。VME总线提供的高速数据率，对高性能仪器而言是非常理想的，同时它为诸如挂钩、总线仲裁、触发、中断等功能提供了必要的背板结构。
VXI总线仪器系统颇具PC结构特色和VME总线特色，与在电子仪器领域经受了多年实践考验的GPIB紧密地结合起来，实现了计算机控制模块化仪器系统的新构想，因此，VXI总线系统的确切叫法应是“计算机控制模块化仪器系统”。
VXI总线仪器引来了自动测试系统ATE(AUTOMATIC TEST EQUIPMENT)划时代的变化，它符合信息时代的大潮流，虽不属于技术上的重大突破，但却是观念上的一大飞跃。它全面、深刻的影响并且改造了传统ATE(不管是“专用”的还是“通用”的ATE)。在接口与总线方面，VXI总线综合了PC机总线速度高的特点和GPIB总线精度高的特点，优势互补，提高了总线总体性能。在软件方面，VXI总线仪器系统既充分利用了PC机的通用软件、操作系统、高级语言和软件工具，并同步升级，又充分吸收继承了GPIB沿用的488.1、488.2和程控仪器标准命令SCPI，创造了一个从程控仪器标准命令、仪器之间信息交换到系统操作运行程序高度统一的软件环境。
为了充分利用已有资源，VXI总线仪器系统开发了与其它总线体系连接和转换模块，这就使得VXI总线系统具有巨大的包容性，可与任何总线系统的仪器或系统联合工作。VXI总线仪器系统的成功之处在于：最大限度的标准化，涉及到ATE的各关键环节；开放式结构，体现在硬件和软件上。总之，VXI确实给我们带来了IEEE-488不能提供的优点及特点，高速模块到模块通信和同步，并允许VXI应用在诸如高速数传和数字测试的场合。而且，经过一段时间的努力，VXI总线系统已成功地利用于微波频段。预计2000年它将成为程控仪器的主流总线。
2.6 PXI系统总线
PXI模块仪器系统(PCI EXTENSION FOR INSTRUMENTATION)提供了和台式PC机联系的简便的使用方法，融合了仪器和计算机的系统，把实际的仪器水平提高了。它为用户在数据采集、测试和测量的高效率方面创造了更多的机会。强大的PXI模块系统仪器，直接受益于台式PC机硬件和软件发展。简而言之：它具有和PC机同样的软件。PXI模块仪器系统的心脏是高速PCI计算机结构和微软视窗软件，它是当今主流桌面计算机的事实上的标准。
PXI总线是PCI计算机总线的仪器扩展，而VXI总线是VME计算机总线的仪器扩展，PXI总线与VXI总线有不少相似之处，例如均为开放式规范，均采用标准机箱并可形成多机箱系统，均可使用嵌入式控制器，都能利用多种优秀的操作系统和开发工具等等。同VXI系统比较而言，PXI系统的优势在于机箱和模块体积更小、数传速度更快，但PXI机箱插槽数目、电源品种和提供的最大功率均低于VXI系统相应指标的上限值，且尚未被IEEE定为正式标准，缺乏仪器领域最有影响厂家的充分支持，因此，其发展和应用受到一定的影响。
2.7 IEEE1394总线及USB串行总线
IEEE1394总线是由苹果电脑公司在1989年设计的高性能串行接口总线，后被IEEE接受，目前标准为IEEE1394-1995，IEEE1394总线目前的传输速率为100、200和400M bits/s。将来可以到3.2G bits/s。它具有两对信号线和一对电源线，可以用任意方式连接63个装置。由于采用非归零的低电平差分信号传输可以得到很高的数传率，可以等步或异步传递，特别适用于动态画面等视频信号的传输。这种专门用于大量数据传输的串行接口是专为诸如数字相机、硬盘等设计的。
USB总线与IEEE1394总线的工作原理大致相同，能连接127个装置。它的电缆更加简单，只有一对信号线和一对电源线，工作于最高12M bits/s的中等速度，它轻巧简便、价格便宜，比较适用于传递文件数据和音响信号，目前不少新生产的PC机已装配了这种接口。它与IEEE1394总线工作于不同频率范围，可相互配合，相得益彰。
以上两种总线的突出优点是具有热插拔性，可以自动识别、自动组态，实现即插即用，与并行总线比较，更适合于连接多外设的需要。已被PC业界接受为以后PC机必备的接口总线。
3 发展趋势
综上所述，VXI总线仪器系统的思路符合信息时代的要求，它通过标准化的开放结构，把单机与系统、硬件与软件、制造厂与用户的关系规范化。它的思想已被数十个国家、众多的制造商所接受。目前已有了千余种VXI产品。VXI将全面冲击并逐步取代GPIB仪器。VXI将迅速冲击传统的通用ATE，也将对传统的集成电路测试系统提出挑战!当然，这种“冲击”、“取代”有一个发展过程。这是因为VXI总线最初的软件未作规定，而控制方式完全与IEEE488兼容，因此，目前还是两者共同构成自动测试系统。
尽管仪器总线种类繁多、各有特点，但测量仪器向PC机靠拢是一种必然的趋势，模块式测试系统必将持续高速发展。
电子测试仪器的功能不再是由按扭和开关的数量来限定，而是由计算机存储器内装的软件来限定，实现计算机和现代仪器通用性。 频谱分析仪| 电池测试仪| 相序表| 万用表| 功率计| 示波器| 电阻测试仪| 电阻计| 电表| 钳表| 高斯计| 电磁场测试仪| 电源供应器| 电能质量分析仪| 多功能测试仪| 电容表|
21世纪的仪器，是一个开放的系统概念，并随着计算机总线技术、网络通信技术的发展而不断发展。多媒体技术和虚拟现实技术的发展和应用，将极大地推进仪器仪表的智能化进程。在测量方面，以微机和工作站为动力，通过组建网络来提高生产效率和共享信息资源，这已成为一个重要发展方向。
当今时代的测量仪器要求能把自身融合到信息设备系统中去，也即融合到计算机系统中去。测量和仪器专业人员的使命就是在信息时代的浪潮中、在蓬勃发展的计算机、软件、网络技术的舞台上，去创造符合信息时代要求的“智能化”仪器——新一代自动测试系统，去解决信息时代提供给我们的测量课题。
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