虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)

翟國(guó)軍

（延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林延吉 133000）

0 引言

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)借由與電子測(cè)量技術(shù)之間的相互結(jié)合，支持和助力了自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的建構(gòu)形成和逐步改良完善，支持和助力現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)在基本流程和實(shí)際應(yīng)用覆蓋范圍層面均發(fā)生了表現(xiàn)幅度極其顯著的本質(zhì)性改變。從基本性對(duì)比分析視角可以知道，自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)相較傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)設(shè)備，在測(cè)試速度參數(shù)、測(cè)試效率參數(shù)、測(cè)試精度參數(shù)、測(cè)試技術(shù)過(guò)程可靠性以及測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果的可交換性方面，均具有較大優(yōu)勢(shì)。虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)是由吉林大學(xué)自主設(shè)計(jì)并且建造形成的自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)，該技術(shù)系統(tǒng)通過(guò)選擇運(yùn)用模塊化的技術(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)理念，將類(lèi)型多樣的電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)設(shè)備集成處理成與其自身具備的測(cè)量應(yīng)用技術(shù)功能類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的模塊板卡技術(shù)組件形式，繼而通過(guò)運(yùn)用具備自定義技術(shù)屬性特點(diǎn)的總線技術(shù)組件針對(duì)功能多樣的模塊板卡技術(shù)組件實(shí)施相互連接與整合，建構(gòu)形成一個(gè)可以用于開(kāi)展多樣化電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用活動(dòng)的綜合性測(cè)試工具設(shè)備。下面將圍繞虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)展開(kāi)闡述。

1 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)的歷史發(fā)展過(guò)程

現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域在其歷史發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中，接連形成并且涌現(xiàn)出了數(shù)量眾多、類(lèi)型多樣的測(cè)試新方法和測(cè)試新理論，且這些新近發(fā)展形成的測(cè)試技術(shù)理論和測(cè)試技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試儀器設(shè)備基本概念的巨大突破，支持和確保了電子測(cè)量應(yīng)用技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備在歷史發(fā)展進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

（1）從宏觀性視角展開(kāi)闡釋分析。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，電子測(cè)量應(yīng)用技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用范圍將會(huì)呈現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)大的變化趨勢(shì)，與此同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)事業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)事業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，尤其是國(guó)防軍事科學(xué)技術(shù)事業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，逐漸強(qiáng)化提升了對(duì)電子測(cè)量應(yīng)用技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備在測(cè)試速度參數(shù)、測(cè)試精度參數(shù)，以及測(cè)試可靠性參數(shù)方面所提出的要求水平。對(duì)于正在安裝運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)而言，其在面對(duì)巨大繁重的測(cè)試技術(shù)工作量、復(fù)雜化的測(cè)試技術(shù)任務(wù)，以及較為惡劣的測(cè)試技術(shù)環(huán)境條件下，相較傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，能夠更加穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)地完成測(cè)試技術(shù)任務(wù)。

（2）從基本的概念內(nèi)涵角度展開(kāi)闡釋分析。所謂自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)（Automatic Test System，ATS），指的就是能夠自動(dòng)開(kāi)展測(cè)量技術(shù)作業(yè)過(guò)程，并且能夠?qū)⒆詣?dòng)測(cè)量技術(shù)過(guò)程中獲取的數(shù)據(jù)信息結(jié)果開(kāi)展處理過(guò)程、傳輸過(guò)程，以及顯示過(guò)程的技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)。

（3）從具體執(zhí)行的技術(shù)作業(yè)活動(dòng)過(guò)程角度展開(kāi)闡釋分析。自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)作業(yè)過(guò)程是嚴(yán)格遵照計(jì)算機(jī)設(shè)備預(yù)先編制形成的程序加以開(kāi)展的，其完整性的測(cè)試技術(shù)活動(dòng)過(guò)程都是在計(jì)算機(jī)設(shè)備的引導(dǎo)和控制條件下自動(dòng)完成的，無(wú)須施加任何形式的外界技術(shù)控制干預(yù)條件。鑒于如上所述的真實(shí)存在的技術(shù)特點(diǎn)，自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)有時(shí)也被部分技術(shù)研究人員稱作計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（Computer Aided Test，CAT）應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。

（4）從具體的發(fā)展演化過(guò)程角度展開(kāi)闡釋。自動(dòng)測(cè)試技術(shù)從其初始形成時(shí)間節(jié)點(diǎn)至今，可以被劃分為3 個(gè)具體化的時(shí)間階段，且每一個(gè)發(fā)展時(shí)間階段都具備其專有化的技術(shù)表現(xiàn)特點(diǎn)。

第一個(gè)時(shí)間階段是專用型自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。從實(shí)際具備和發(fā)揮的基本性技術(shù)功能角度展開(kāi)闡釋分析，第一代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)具備專用型特點(diǎn)，是在嚴(yán)格遵照某項(xiàng)具體化的測(cè)試技術(shù)人員要求基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)建造形成的測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)。第一代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)安裝配置有數(shù)量眾多的具備簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的掃描器技術(shù)組件或者是定時(shí)器技術(shù)組件，且由于安裝配置的都是專用接口技術(shù)組件，因此在技術(shù)通用性方面表現(xiàn)較差。第一代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)目前依然廣泛地運(yùn)行使用，其在基于計(jì)算機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)之上組建的專用技術(shù)系統(tǒng)控制干預(yù)之下具體完成數(shù)量眾多的測(cè)試技術(shù)活動(dòng)任務(wù)，技術(shù)性能較為優(yōu)良但通用性較低。

第二個(gè)時(shí)間階段是臺(tái)式儀器積木型自動(dòng)測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)。第二代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)與第一代之間最大且最為顯著的差異，在于其中安裝配置了GPIB 接口總線（General Purpose Interface Bus，有時(shí)也被部分技術(shù)研究人員稱作IEEE488.IEC-625標(biāo)準(zhǔn)接口）技術(shù)組件，借由對(duì)GPIB 接口總線技術(shù)組件的配置和運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自不同生產(chǎn)廠家的測(cè)量用儀器設(shè)備之間的相互連接與整合，有效解決和避免了專用型自動(dòng)測(cè)試自動(dòng)測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)中存在的儀器設(shè)備技術(shù)組件不能通用的技術(shù)問(wèn)題，為實(shí)際組織開(kāi)展的自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作、使用工作和組裝工作均提供了穩(wěn)定且充足的便利性支持條件。

第三個(gè)時(shí)間階段是模塊化儀器集成型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在第二個(gè)時(shí)間階段，積木型自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)之中盡管實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPIB 標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)組件的安裝配運(yùn)用，徹底克服和解決了專用型測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)建設(shè)流程和基本使用功能層面所存在的技術(shù)缺點(diǎn)和局限性，然而該種應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)之中安裝配置的依然是傳統(tǒng)類(lèi)型的測(cè)試技術(shù)設(shè)備，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備技術(shù)性功能應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。因此，在20 世紀(jì)70 年代歷史時(shí)期，技術(shù)人員設(shè)計(jì)并且提出了有關(guān)第三代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)概念。在第三代自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)設(shè)備不僅充當(dāng)著測(cè)試應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)中的管理者角色，還充當(dāng)了系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)用技術(shù)功能的重要組成部分，在充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)設(shè)備的多樣化應(yīng)用功能條件下，引入并且安裝運(yùn)用了數(shù)量眾多的虛擬性電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用組件。

2 虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計(jì)工作思路

在虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)部分的設(shè)計(jì)形成過(guò)程中，系統(tǒng)控制器技術(shù)組件選擇運(yùn)用EZ-USB FX2LP 系列中的CY7C68013 芯片技術(shù)組件實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)設(shè)備之間的USB2.0 通信技術(shù)目標(biāo)。在USB2.0 通信技術(shù)的具體運(yùn)用過(guò)程中，本身能夠發(fā)揮穩(wěn)定且扎實(shí)的即插即用、連接技術(shù)操作過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，以及經(jīng)濟(jì)成本支出水平較低等特點(diǎn)，而遵照系統(tǒng)在使用功能層面的實(shí)際需要，實(shí)際安裝配置的系統(tǒng)控制技術(shù)組件，應(yīng)當(dāng)通常具備和發(fā)揮穩(wěn)固且有效的命令解析技術(shù)功能、系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生技術(shù)功能、總線驅(qū)動(dòng)技術(shù)功能、狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)功能、模塊化儀器中斷事件處理技術(shù)功能、儀器同步技術(shù)功能、觸發(fā)管理技術(shù)功能等類(lèi)型多樣的技術(shù)應(yīng)用功能。

在現(xiàn)有的技術(shù)性工作思路之中，虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)中安裝配置的供電電源技術(shù)組件，在具體化的運(yùn)行使用過(guò)程中可以分別獨(dú)立對(duì)外提供5.00 V 和12.00 V 的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)信號(hào)，遵照虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的總體性架構(gòu)設(shè)計(jì)建造方案，系統(tǒng)中安裝配置的控制器技術(shù)組中選用的USB 接口芯片CY68013A 技術(shù)組件和FPGA 芯片EP1C3T144C8N 技術(shù)組件的供電電壓參數(shù)分別為+3.30 V 數(shù)字電壓和+1.50 V 數(shù)字電壓，因此在系統(tǒng)的實(shí)際化運(yùn)行使用過(guò)程中，需要選擇運(yùn)用一定形式的技術(shù)組件開(kāi)展電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)處理過(guò)程。本次開(kāi)展的虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)工作過(guò)程中，選擇運(yùn)用AMS1117 穩(wěn)壓芯片技術(shù)組件將強(qiáng)度為+5.00 V 的電壓技術(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理成強(qiáng)度為+3.30 V 和+1.50 V 的電壓技術(shù)信號(hào)。

虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的每塊板卡技術(shù)組件都嚴(yán)格安裝配置一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的電源故障監(jiān)測(cè)電路技術(shù)結(jié)構(gòu)，其主要功能在于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和判斷系統(tǒng)中安裝配置的電源技術(shù)組件是否出現(xiàn)運(yùn)行技術(shù)故障事件。在電源技術(shù)組件發(fā)生運(yùn)行技術(shù)故障事件條件下，電源電源故障監(jiān)測(cè)技術(shù)電路應(yīng)當(dāng)立即發(fā)出報(bào)警警告信號(hào)，指令系統(tǒng)的技術(shù)操作人員立即切斷設(shè)備運(yùn)行電源，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部各主要技術(shù)組件的安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

圍繞虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)論題，擇取自動(dòng)測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)的歷史發(fā)展過(guò)程和虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計(jì)工作思路，從兩個(gè)具體方面展開(kāi)了簡(jiǎn)要的闡釋分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員以及我國(guó)電子測(cè)量事業(yè)領(lǐng)域的一線技術(shù)工作人員，創(chuàng)造和提供堅(jiān)實(shí)且充分的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)參考支持條件。切實(shí)做好虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，對(duì)于支持和確保我國(guó)電子測(cè)量技術(shù)在運(yùn)作發(fā)展過(guò)程中順利獲取最優(yōu)化的綜合收益具有重要意義。