现代测试技术的发展方向是自动化、集成化、数字化和智能化。现代生产和科研工作，要求测量的参数越来越多，要求测量的精度越来越高，对综合测试能力以及快速实时测量与控制能力都提出了新的要求。要实现这些目标，应大力开发和推广应用微机测试系统。微机测试系统是以微型计算机或微处理器为核心，配以信号输入和数据输出设备组成的数字化测量系统。微型计算机具有体积小、重量轻、功耗小、功能完善、工作可靠等特点，特别是其高性能、低价格的优势，是其他装置所不能比拟的。由于在测试环节中应用了微机，使测试工作实现上述目标已成为可能。
一、微机在测试技术中的应用形式
微机在测试技术中的应用形式主要有两种：一种是构成针对专门测量对象的各类智能测试仪器；另一种是能用于各种测量对象的通用微机测试系统。
1. 智能测试仪器
由微处理器配上几片辅助器件构成的微型计算机体积微小，可以装入测试仪器中，使仪器具有一定的智能，从而使仪器的功能增多，性能得到提高。
（1）由于使用了微机，智能仪器的数据处理能力大大提高，一般均具有各类算术运算、统计分析、坐标变换、量纲转换、误差修正和线性化处理等功能，从而使仪器的测量精度得到了提高，测量功能得到了扩展。
（2）智能测试仪器具有较完善的程序控制能力，仪器可以在预先编制好的操作程序控制下自动进行操作。有些高级的智能测试仪器还具有一定的可编程和自动化能力，如指令和数据的存储、自动调整、自动校准、自动进行故障诊断及故障消除能力等。
（3）智能测试仪器使用时操作很方便，其面板都具有显示数字、字符和图形的功能，并配有打印机，便于人机联系。
2.通用微机测试系统
在测试参数种类很多、数值很多的测试工作中，可以通过计算机接口电路将不同的测试仪器结合在一起，组成一个通用计算机自动测试系统。计算机在系统中完成数据采集、数据处理和测试过程自动控制等项任务。这种测试系统具有积木式的特点，根据需要可以组成各种测试系统，对多种参数进行数据的自动采集和数字信号的自动分析与处理，并能通过编程改变测试功能来完成各种测试任务。因此，系统的适应性和通用性极强。
微机测试系统的测量和分析速度高，可用于生产过程的在线测量和控制。这时，微机既是测试过程的自动控制装置，又是信号的实时分析装置。当然，微机测试系统也可以用于离线测量，即先在现场用磁记录器记录下被测信号，然后再输入微机测试系统中，这时计算机只是作为信号的处理和分析装置。
二、微机测试系统的基本组成
微机测试系统由信号输入通道、数据输出通道和主计算机三个最基本的部分组成，其组合关系如图7-14所示。输入通道的功能是对被测信号进行数据采集；输出通道则用来输出和显示测试结果。主计算机是系统的核心部分，主要完成对信号数据的变换、分析和处理工作，同时还对输入、输出通道进行控制管理，以协调整个系统的工作。
1.信号输入通道的基本组成
工程中被测的物理量大多为模拟量。对输入信号为模拟量的单通道数据采集输入电路，其基本组成如图7-15所示。输入通道包括传感器、信号调理电路、采样/保持电路和模拟/数字（A/D）转换电路。
图7-14 微机测试系统的基本组成
图7-15 单通道输入电路基本组成
由传感器检测到的物理信号不能直接送到A/D转换电路和主计算机中，还需要经过信号调理，使之适合A/D转换电路的要求。信号调理电路的主要功能有阻抗变换、信号放大或衰减、滤波、线性化处理、数值运算和电气隔离等。采样/保持电路的作用是按一定时间间隔对被测信号数据进行采集，并将采集到的信号数据保持一段时间，以便给A/D转换电路提供一个稳定、可靠的采样数据。采样/保持电路和A/D转换电路在计算机的控制下，按一定工作频率协调工作，将连续变化的被测信号变成离散的数字信号，成为计算机可以接受的数字量。
为了充分利用微机资源和满足工程中对多个物理量检测的需要，微机测试系统更普遍采用的是多通道数据采集输入电路。多通道输入电路常用的结构形式有以下三种。
图7-16 多路分时采集单端输入结构
1）多路分时采集单端输入结构形式
此种电路结构如图7-16所示。多个被测物理量分别由各自的传感器检测并输入各自的信号调理电路中，形成多通道；然后由多路转换开关电路分时轮流切换进入共用的采样/保持和A/D转换电路，最后输入主计算机。该结构形式的特点是电路结构简单，成本低。但由于信号的采集方式是分时轮流切换方式，不能获得多个信号在同一时刻的数据。该结构广泛用于多路中速和低速测试系统中。
2）多路同步采集分时输入结构形式
图7-17是多路同步采集分时输入结构，它是在前一种结构形式的基础上改进的。在多路转换开关电路之前，各通道增加一个采样/保持电路，各保持器保持着同一时刻检测到的数据，等待多路转换开关的分时切换。这样，就可以实现同步采集信号数据。数据再通过共用的采样/保持电路和A/D转换电路送入主计算机。这种结构可以在电路不太复杂的情况下满足同步采集数据的要求。但当测量通道数目较多时，会使采样间隔时间延长，导致保持器的信号值由于电荷的泄漏而衰减。
图7-17 多路同步采集分时输入结构
3）多路同步采集多通道输入结构形式
图7-18所示为多路同步采集多通道输入结构，它是由多个单通道输入电路并列而成。各被测信号在时间上和数值上都不会产生上述结构所带来的误差，可以实现完全的同步采集。但这种结构电路复杂、成本高，一般适用于高速和同步采集要求较高的测试系统。
图7-18 多路同步采集多通道输入结构
2.数据输出通道的基本组成
一类较简单的数据输出通道是：将主计算机分析处理的数据结果通过串行或并行输出端口直接送入各类数字式显示和记录装置中。如图7-19所示，微机测试系统常用的输出数据显示和记录方式有：在七段数码管上显示数据；在CRT显示屏幕上显示测试结果；由打印机打印出数据以及用绘图仪绘制出数据曲线和图形等。(www.xing528.com)
图7-19 输出数据显示和记录方式
另一类较复杂的数据输出通道是：将主计算机输出的数字量再转换为模拟量，用来驱动模拟式指示仪表、记录设备或者馈送到控制装置中，对被测对象进行控制。
这类输出通道也分为单通道和多通道两种类型。单通道输出电路一般由数据缓冲寄存器、D/A变换和信号调理电路等基本部分组成，如图7-20所示。
图7-20 单通道输出电路结构
多通道输出电路有两种基本结构。图7-21为多路分时转换输出结构，图7-22为多路多通道同步转换输出结构，它们都是以单通道输出电路的结构为基础演变而成的。
图7-21 多路分时转换输出结构
图7-22 多路多通道同步转换输出结构
有关组成输入、输出通道的基本电路，如采样、保持、D/A转换、A/D转换、多路转换开关、隔离放大、微机接口等电路的详细原理和设计方法，读者可参考有关书籍。
三、微机测试系统的设计
微机测试系统由上述三个基本部分组成，设计时，系统总体结构的复杂程度和各环节的设计参数要根据测试任务和对系统的性能指标要求具体确定。此外，还要充分运用实际工程知识和实践经验，使设计的系统达到最佳的性能价格比指标。
以下仅从主计算机选型、输入输出通道设计和软件设计三方面阐述一些设计时需要考虑的问题，具体设计过程请参考有关书籍。
1.主计算机选型
适合于测试工作使用的计算机类型有单片机、微型机和小型机，它们的规格、型号按计算机的字长、主振频率和内存容量不同而区分。
（1）微机测试系统的许多功能都是与微机的字长密切相关的。一般来说，微机能处理的位数越长，其运算及控制能力越强，目前测试工作使用的主要有8位、12位、16位和32位机。字长的选择一般根据被测参数可能变化的最大范围和测最精确度的要求来进行估算。被测量可以用定点数表示，也可以用双字节表示，但双字节运算需要更多的时间，因此，还要综合考虑运算速度指标。
（2）计算机的主振频率是表征运算速度的指标，主振频率主要根据采集数据的间隔时间来选择。对具有多点检测功能的系统，每个数据点的采集间隔时间还要考虑多点巡回采集一遍的时间。目前微机的主振频率基本上都能满足工程测试的要求。
（3）计算机的存储器容量（内存容量）可以按测试任务所编程序的长度和采集数据量的多少来估计。需要的内存容量过大时，可选择高一档次的主机，也可以采取增加内存扩展板或缩短数据刷新时间间隔的方法来解决。
2.输入、输出通道设计
（1）输入通道数应根据需检测参数的数目来确定。输入通道的结构可综合考虑采样频率要求及电路成本按前述的三种基本结构来选择。
输出通道的结构主要决定于对检测数据输出形式的要求，如是否需要打印、显示，是否有其他控制、报警功能要求等。
（2）在测试系统中，传感器是第一环节，对系统性能的影响较大。传感器的选用应参考3-1节中所述的原则。
若各测点检测的物理量不同，使用了不同原理的传感器，则各传感器输出电压的范围会有所不同。因此，在信号进入公共的A/D转换器之前，信号应经过增益不同的放大器进行调理。此外，还应考虑A/D转换器与其前置环节的阻抗匹配问题，以消除负载效应的影响。
（3）对公共的A/D转换器，其分辨力和位数应根据所有被测参数中的最高精确度要求来确定。所采用的A/D转换原理主要考虑转换时间的要求，转换时间根据数据采样时间间隔确定。在转换时间满足要求的前提下，应尽可能考虑线性度、抑制噪声干扰能力等方面的要求。A/D转换器的极性方式由传感器输出电压变化的极性确定。
（4）采样/保持器在输入通道中是必需的，其电路形式有单片形式，也有和A/D转换器集成在同一芯片上的形式。在有些情况下可以简化电路，降低成本，例如，在被测信号变化相当缓慢的情况下，可以用一个电容器并联于A/D转换器的输入端来代替采样/保持电路的功能。
多路转换开关电路主要根据信号源的数目和采样频率参数选择。当采样频率不高时，转换开关的转换速度不必太高，以降低成本。
3.软件设计
微机测试系统的软件应具有两项基本功能：其一是对输入、输出通道的控制管理功能；其二是对数据的分析、处理功能。对高级系统而言，还应具有对系统本身进行自检的功能和故障自诊断的功能以及软件开发、调试功能等。下面介绍两种基本功能软件设计时须考虑的问题。
（1）输入通道数据采集、传送的方式有程序控制方式和DMA方式。当不需要以高速进行数据传送时，应采用程序控制方式。在测试系统中，数据采集、传送控制最常用的是查询方式和中断方式，对多路数据采集则常用轮流查询方式。
（2）微机测试系统的采样工作模式主要有两种。一种工作模式是先采样、后处理，即在一个工作周期内先对各采样点顺序快速采样，余下的时间作数据分析、处理或其他工作。另一种工作模式是边采样、边处理，即将一个工作周期按采样点数等分，在每个等分的时间内完成对一个采样点的采样及数据处理工作。若在测试中既有要求采样快的参数，也有要求采样慢的参数，则可以采用长、短采样周期相结合的混合工作模式。
（3）采样周期由被测参数变化的快慢程度和测量准确度要求确定。在程序中实现采样周期的定时方法有两种：一种是程序执行时间定时法，另一种是CTC中断定时法。由于程序指令执行时间是固定不变的，因此，可以将程序中的全部指令执行时间加起来作为计时手段。这种方法简单易行，通常用于采样周期比较短的情况。如果采样周期比程序指令执行时间稍长，则可在程序中增加若干条“空操作”指令，达到延时目的。如果采样周期比较长，则不宜采用上述定时方法，此时可采用CTC时钟芯片中断定时法。由程序初始化确定CTC的定时状态和所需计时时间，一旦计时时间到了，芯片就向CPU 发出中断信号，中断响应后就可进入采样周期。
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