汽车测试技术 唐岚 第八章

第八章 微机在测试技术中的应用

第八章 微机在测试技术中的应用 计算机测试系统 通用串行总线(USB) 虚拟仪器与系统

第八章 微机在测试技术中的应用

学习要求1

了解现代测量系统，数据采集系统组件的基 本原理；了解有关通用串行总线的基础知识；

2

3

掌握虚拟仪器及其组成和基本概念；

第八章 微机在测试技术中的应用

微机测试系统的基本组成 与传统的测试系统比较，微机测试系统通过将传感器输 出的模拟信号转换为数字信号，利用计算机系统丰富的 软、硬件资源达到测试自动化和智能化的目的。

第八章 微机在测试技术中的应用

微机测试系统的基本组成传感器1 传感器2被控制对象

数据采集 子系统 接口

数据分配 子系统

被控制组件

传感器n

其他仪器 或系统

数据通信 子系统

微 机 基 本 子 系 统

控制

测试信号发生器

…接口

…

接口显示

其他控制对象

基本I/O 子系统 接口

记录

打印 键盘输入其他I/O设备

…

微机测试系统的典型结构

第八章 微机在测试技术中的应用

数据采集系统 数据采集系统的基本功能数据采集系统(DAS,Data Acquisition System)是对 多路模拟信号进行较长时间的数字化测量，并对获得的大 量数据进行分析与处理的系统。

所谓进行数字化测量，就是以一定时间间隔测定各时 刻的瞬时值，再将各瞬时值转换为数字量。从而使一个在 时间与幅值上都连续变化的模拟信号在时间上被离散化、 在幅值上被数字化。

连续量的时间离散化 连续量的数值化

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数据采集系统 数据采集系统的基本组成单元 (1) 信号调理 如：多路转换器、可调增益放大器、 抗混叠(淆)滤波器； (2) 采样/保持 如：采样/保持器(S/H);

(3) 模/数转换 如：A/D转换器(ADC),V/F变换器；(4) 其他 如：定时/计数器、总线接口电路等。

第八章 微机在测试技术中的应用

多路模拟开关实际的测试系统通常需要进行多参量的测量，即采集 来自多个传感器的输出信号，如果每一路信号都采用独立 的输入回路(信号调理、采样/保持、A/D),则系统成本 将比单路成倍增加，而且系统体积庞大。为此，通常采用 多路模拟开关来实现信号测量通道的切换，将多路输入信 号分时输入公用的输入回路进行测量。 多路模拟开关 的作用主要用于信 号的切换，目前集 成模拟电子开关在 小信号领域已成为 主导产品。

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多路模拟开关 选择开关时需要重点注意以下指标：1)通道数量 2)泄漏电流 3)导通电阻 4)开关速度

5)芯片的电源电压范围

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采样/保持单元A/D转换器完成一次转换需要一定的时间， 在这段时间里希望A/D转换器的输入端电压保持不 变，可以由采样/保持单元完成。

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采样/保持单元基本原理：主要由保持电容C、输入、输出缓冲放大器以 及控制开关S组成。采样期间：开关闭合，电容器C快速充电； 保持期间：

开关断开，由于输出缓冲放大器的输入 阻抗极高，电容器存储的电荷基本维持不变，保持 最终值供A/D转换。

接成跟随 器形式

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(A/D)转换与(D/A)转换 A/D和D/A转换是数字信号处理的必要程序。通常 所用的A/D和D/A转换器其输出的数字量大多是用 二进制编码表示，以与计算机技术相适应。

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A/D转换A/D转换过程包括采样、量化和编码三个步骤，其转 换原理如下图所示。若信号x(t)可能出现的最大值为A,令 其分为d个间隔，则每个间隔大小为q=A/d,q称为量化当量 或量化步长。当采用舍入量化时，最大量化 误差为 ±q/2,而采用截尾量化 时，最大量化误差为-q。

量化误差的大小一般取决于二进制编码的位数，因为 它决定了幅值被分割的间隔数量d。如采用8位二进制 编码时，d=28=256,即量化当量为最大可测信号幅值 的1/256。

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D/A转换D/A转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号 输出，基本要求是输出信号A与输入数字量D成正比，即： 将数字量表示为模拟量，应将每一位代码按其权大小 转换成相应的模拟量，然后根据迭加原理将各位代码 A=q· D 对应的模拟分量相加，其和即为与数字量成正比的模 其中q为量化当量，即数字量的二进制码最低有效位所对应的模拟 拟量，此即为A/D转换的基本原理。 信号幅值。

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模拟信号的输入通道 根据输入信号的数量，输入通道可分为单通道和 多通道。 单通道数据采集系统可程控 放大器 抗混淆 滤波器 采样 保持 模数 转换

计算机

A

AF

S/H

A/D

CPU

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模拟信号的输入通道 根据多路开关所处位置不同，多路输入通道可分 为以下三种结构： 多路通道独立并行型A A … … AF AF S/H S/H … A/D A/D … I/O I/O

CPU …AF …

A

S/H

A/D