基于LabVIEW平臺和GPIB總線(xiàn)的測試系統方案設計

引言

傳統的電路性能檢測采用人工檢測來(lái)檢定電路是否合格，主要存在以下弊端：第一，在測試過(guò)程中頻繁地更換儀器和被測對象的連線(xiàn)，操作儀器不斷地完成整個(gè)測試過(guò)程，后續還需要人工進(jìn)行數據統計分析和編寫(xiě)檢測報告等工作，耗費大量的時(shí)間，不能適應部隊武器裝備的快速化保障需求;第二，這種傳統檢測方法不具備自動(dòng)化操作，在測試過(guò)程中對測試人員的依賴(lài)性較強，要求測試人員熟練掌握測試流程，而且在測試和后續數據處理過(guò)程中難免引入人為誤差;第三，由于電路通常都需要完成多個(gè)項目的測試，測試過(guò)程極其繁瑣和枯燥，勞動(dòng)強度大，而且頻繁操作和誤操作容易損壞貴重儀器。

自動(dòng)化測試系統(automatic test system，ATS)是指：測試儀器在計算機的控制下，向被測對象按照一定的時(shí)序和順序提供激勵，同時(shí)對被測對象在該激勵下的響應進(jìn)行測量的系統。 GPIB，VXI，PXI是目前自動(dòng)測試系統較常用標準總線(xiàn)，這幾種總線(xiàn)構建的測試平臺比較如表1所示。1980年代VXI的出現，將高階量測與測試應用的設備帶進(jìn)了模塊化的階段。VXI的價(jià)格較高，隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，PXI延續模塊化的精神，以較緊實(shí)的架構設計、較快的總線(xiàn)速度，以及較低的價(jià)格，提供量測與測試設備一個(gè)新的選擇。GPIB是控制器和可編程儀器之間通信的一種總線(xiàn)協(xié)議，也稱(chēng)為IEEE2488標準，因其使用簡(jiǎn)單、傳輸速率高而被廣泛應用，隨著(zhù) IEEE488標準的完善，GPIB總線(xiàn)傳輸速率的提高以及帶GPIB接口的儀器成本不斷下降。PXI和GPIB為目前工業(yè)上普遍采用的測試總線(xiàn)，其性能穩定、操作方便、組建靈活、設備利用率高、價(jià)格低廉，適合于組建性?xún)r(jià)比高的自動(dòng)測試系統。另外，虛擬儀器技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷完善，LabVIEW軟件平臺的圖形化操作界面，都非常有利于工程師們迅速的掌握設計編程方法，又好又快地完成項目任務(wù)，因此虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)測量領(lǐng)域也得到了廣泛的應用。

因此本文提出了基于LabVIEW平臺的PXI加GPIB總線(xiàn)的測試系統。

GPIB總線(xiàn)的自動(dòng)測試系統的設計思想，即借助LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺，采用虛擬儀器的軟件設計方法，通過(guò)GPIB總線(xiàn)接口和相應的控制電路，實(shí)現工控機對各種測試儀器的實(shí)時(shí)控制，完成對被測電路各項性能指標的自動(dòng)化測試，并充分發(fā)揮工控機自動(dòng)分析和處理數據的能力，最后將數據以電子文檔形式保存后生成測試報表打印出來(lái)。

1 測試系統方案設計

1.1 總體框架設計

該測試系統在硬件設計上采用PXI和GPIB總線(xiàn)接口、數據采集卡和相應的繼電器控制電路，實(shí)現工控機對各種測試儀器的實(shí)時(shí)控制。在軟件設計上通過(guò) LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺，采用虛擬儀器的軟件設計方法，將工控機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，并通過(guò)軟件實(shí)現對數據的分析、顯示以及存儲，解決了在LabVIEW中實(shí)現數據庫管理的技術(shù)問(wèn)題。

測試過(guò)程要以自動(dòng)測試的方式完成。

自動(dòng)測試主要采用NI公司的相關(guān)PXI板卡在默認設置狀態(tài)下完成檢測工作，設計思路是通過(guò)數字I/O口控制繼電器的打開(kāi)和閉合來(lái)控制測試設備的連接。等所需的測試項目連接好后，再通過(guò)LabVIEW的編寫(xiě)的數據采集處理程序獲得測量數據，在顯示界面顯示測量結果，便于用戶(hù)分析處理，得出相應的結論，最后把測量結果保存在數據庫中，便于以后調出來(lái)進(jìn)行分析和寫(xiě)測試報告。

1.2 信號調理單元設計

被測電路中有多路差分輸入信號，使用信號源產(chǎn)生模擬信號時(shí)，需要進(jìn)行差分轉換，差分轉換電路如圖1所示。

分析如下：

經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證該電路方案是可行的。

1.3 測控設備硬件

自動(dòng)測試主要使用的設備是NI公司的PXI設備，采用PXI-1042機箱和PXI-8196控制器實(shí)現測量控制。PXI-8196控制器為2.O GHz Intel Pentium M760處理器的嵌入式控制器，具備雙信道DDR2內存，最大內存容量為2 GB，集成4個(gè)USB 2.0連接端口、一個(gè)GPIB接口，以及串行端口和并行端口，預裝Microsoft WindowsXP Professional操作系統，用于需要大量分析工作或系統開(kāi)發(fā)的應用環(huán)境，例如ATE、軍事/航天、通信、工業(yè)及消費電器應用。數據采集卡選用NI 公司的PXI-6259數據采集模塊，該數據采集卡有16位1 MS/s(多通道)，1.25 MS/s(單通道)，32 SE/16 DI，48路數字I/O定時(shí)硬件(≥10 MHz)，TTL電平，4路16位模擬輸出(2.8 MS/s)，輸出范圍-10～+10 V。任意波形發(fā)生器選用NI公司的PXI-5412，能提供-6～+6 V信號，給被測試的各個(gè)信號通道提供正弦、方波等信號。示波器PXI-5152有2個(gè)單端輸入的通道，每個(gè)通道具有1 GS/s實(shí)時(shí)采樣率。動(dòng)態(tài)信號分析儀選用NI公司的PXI-4461，具有2個(gè)差分輸通道，2個(gè)模擬輸入通道;通道的實(shí)時(shí)采樣率是204. 8 KS/s，應用該卡制作一個(gè)通用的動(dòng)態(tài)信號分析儀界面，用以實(shí)現手動(dòng)測量。

2 測試系統軟件設計

2.1 測控軟件設計工具

該系統的測控軟件系統是在Visual Basic和LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺開(kāi)發(fā)的，測量的結果數據保存在SQL數據庫中。其軟件體系構如圖2所示。

在PXI測控計算機中，利用LabVIEW和NI公司的各種數據采集處理模塊對被測電路的進(jìn)行測量;利用GPIB接口與各臺式儀表通信，可以獲得自動(dòng)或手動(dòng)的測量結果;利用ADO接口訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )數據庫，把各種用戶(hù)需要的數據在測量過(guò)程中不斷地提交給數據庫，便于后續的測試信息管理工作。值得一提的是，各測量?jì)x器操作能否實(shí)現同步，儀器收發(fā)命令、讀/寫(xiě)數據和執行指令的先后順序和時(shí)間能否協(xié)調，將直接影響到系統的可靠性、測試數據的實(shí)時(shí)性和測試系統的效率。系統同步該系統中主要由軟件實(shí)現，根據用戶(hù)的服務(wù)要求和儀器特性設計適當的程序流程。

為了實(shí)現程序的通用性，選用Visual Basic/SQL作為測試程序與數據庫之間進(jìn)行數據交換的工具把測量數據和測試流程分開(kāi)，測試流程的任務(wù)就是根據測試需求讀取配置數據庫的數據，配置測試儀器，進(jìn)行相應地數據采集、分析計算，并把結果寫(xiě)回到測試結果數據庫中。在計算機中，安裝了數據庫，另外還附加了數據管理查詢(xún)軟件，以及提供給用戶(hù)安裝其他軟件的選擇。這樣，PXI測控計算機不會(huì )因為需要數據庫管理而占用資源;另外當沒(méi)有啟用PXI測控計算機時(shí)，只啟用了通用計算機，也可以對已經(jīng)測量板卡的數據進(jìn)行整理分析，Visual Basic可以更好地與SQL數據庫進(jìn)行對接，對用戶(hù)的數據庫進(jìn)行查詢(xún)，管理等操作，在計算機中應用Visual Basic編寫(xiě)了方便用戶(hù)對數據進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的數據管理查詢(xún)軟件。

2.2 測控軟件結構設計

系統的測控軟件是運行在PXI測控計算機上的軟件，其主要軟件層次框圖如圖3所示。軟件采用層次結構，在實(shí)現功能測試的同時(shí)，還具有數據存儲、查詢(xún)回放功能，具有良好的實(shí)用性和操作性。

3 結語(yǔ)

該課題的研究和開(kāi)發(fā)，對電路的檢測具有重要意義。首先，采用自動(dòng)化測試系統大大提高了測試效率，節省了寶貴的時(shí)間，能夠適應信息化條件下裝備快速化保障的需要;其次，把測試人員從繁瑣的檢測任務(wù)中解放出來(lái)，減輕了勞動(dòng)強度，大大節省了人力消耗;最后，整個(gè)測試系統一次性連接好后不需要人為干預，只需在電腦上選擇測試的項目和填寫(xiě)一些基本數據即可開(kāi)始檢測，非專(zhuān)業(yè)人員也可完成測試過(guò)程，基本上排除了人為誤操作產(chǎn)生的差錯，提高測試結果的可信度，保證了系統的安全使用。