基于PXI和GPIB總線電路測試系統的開發與設計

摘 要:傳統的人工方法檢測硬件電路的性能存在一系列的問題。測試總線技術是支撐自動化測試系統發展的核心技術，該項目借鑒國內外在自動測試系統(ATS)尤其是軍用ATS中的先進技術，針對該電路性能檢測的需要，提出基于PXI和GPIB總線的 LabVIEW軟件平臺自動測試系統設計方法。對提高電路測試效率、可信度和自動化水平具有重要意義，解決了工程應用的實際問題，是一項成功的ATS應用案例。關鍵詞:GPIB; PXI總線;儀器總線; 自動測試

中圖分類號:TN911-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)22-0035-03

Design of Circuit Test System Based on PXI and GPIB

LI Yi-jun

(China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China )

Abstract: A series of problems exist in the traditional manual methods for testing the performance of circuit. The test bus technology is the core of development of automatic test system (ATS). With various advanced techniques on ATS at home and abroad absorbed， especially on military ATS， a new automatic testing system based on the GPIB and PXI bus is designed by using Labview. The design not only significantly improves the efficiency， reliability and automatic level of circuit testing， but also solves the practical problems in engineering. It is a successfully applied case of ATS. Keywords: GPIB; PXI bus; instrumental bus; automatic testing

0 引 言

傳統的電路性能檢測采用人工檢測來檢定電路是否合格，主要存在以下弊端:第一，在測試過程中頻繁地更換儀器和被測對象的連線，操作儀器不斷地完成整個測試過程，后續還需要人工進行數據統計分析和編寫檢測報告等工作，耗費大量的時間，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化操作，在測試過程中對測試人員的依賴性較強，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項目的測試，測試過程極其繁瑣和枯燥，勞動強度大，而且頻繁操作和誤操作容易損壞貴重儀器。

自動化測試系統(automatic test system，ATS)是指[1-2]: 測試儀器在計算機的控制下，向被測對象按照一定的時序和順序提供激勵，同時對被測對象在該激勵下的響應進行測量的系統。GPIB，VXI，PXI是目前自動測試系統較常用標準總線，這幾種總線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了模塊化的階段。VXI的價格較高，隨著技術發展，PXI延續模塊化的精神，以較緊實的架構設計、較快的總線速度，以及較低的價格，提供量測與測試設備一個新的選擇[3]。GPIB是控制器和可編程儀器之間通信的一種總線協議，也稱為IEEE2488標準，因其使用簡單、傳輸速率高而被廣泛應用，隨著IEEE488標準的完善，GPIB總線傳輸速率的提高以及帶GPIB接口的儀器成本不斷下降[4-5]。PXI和GPIB為目前工業上普遍采用的測試總線，其性能穩定、操作方便、組建靈活、設備利用率高、價格低廉，適合于組建性價比高的自動測試系統。另外，虛擬儀器技術的飛速發展和不斷完善，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，因此虛擬儀器技術在工業測量領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總線的測試系統。

GPIB總線的自動測試系統的設計思想，即借助LabVIEW開發平臺，采用虛擬儀器的軟件設計方法，通過GPIB總線接口和相應的控制電路，實現工控機對各種測試儀器的實時控制，完成對被測電路各項性能指標的自動化測試，并充分發揮工控機自動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。

表1 三種總線測試平臺比較

參 數GPIBVXIPXI/CompactPCI

傳輸位寬/位88，16，328，16，32，64

傳輸速率/(Mb/s)1，8(HS488)40，80(VME64)132，264

定時和同步無有定義有定義

可用產品>10 000>1 000>1 000

尺寸大中小～中

標準軟件框架無有定義有定義

模塊化否是是

EMI防護可選有定義視具體模塊而定

系統成本低中～高低～中

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總線接口、數據采集卡和相應的繼電器控制電路，實現工控機對各種測試儀器的實時控制。在軟件設計上通過LabVIEW開發平臺，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，并通過軟件實現對數據的分析、顯示以及存儲，解決了在LabVIEW中實現數據庫管理的技術問題。

測試過程要以自動測試的方式完成。

自動測試主要采用NI公司的相關PXI板卡在默認設置狀態下完成檢測工作，設計思路是通過數字I/O口控制繼電器的打開和閉合來控制測試設備的連接，等所需的測試項目連接好后，再通過LabVIEW的編寫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，便于以后調出來進行分析和寫測試報告。

1.2 信號調理單元設計

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

圖1 差分轉換電路

分析如下:

R3上的電流:

I=sig_out-1/2sig_outR3

R6，R7左端電壓差:

VR6-VR7=I×(R3+R4+R5)=

sig_out-1/2sig_outR3×(R3+R4+R5)

對于U4放大器:

V+=VR72;V-=R6R6+R9Uout+R9R6+R9VR6;

Uout=VR7-VR6=1/2sig_out-sig_out

經過實踐驗證該電路方案是可行的。

1.3 測控設備硬件

自動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控制器實現測量控制。PXI-8196控制器為2.0 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USB 2.0連接端口、一個GPIB接口，以及串行端口和并行端口，預裝Microsoft Windows XP Professional操作系統，用于需要大量分析工作或系統開發的應用環境，例如ATE、軍事/航天、通信、工業及消費電器應用。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，給被測試的各個信號通道提供正弦、方波等信號。示波器PXI-5152有2個單端輸入的通道，每個通道具有1 GS/s實時采樣率。動態信號分析儀選用NI公司的PXI-4461，具有2個差分輸通道，2個模擬輸入通道;通道的實時采樣率是204.8 KS/s，應用該卡制作一個通用的動態信號分析儀界面，用以實現手動測量。

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軟件開發平臺開發的，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行測量;利用GPIB接口與各臺式儀表通信，可以獲得自動或手動的測量結果;利用ADO接口訪問網絡數據庫，把各種用戶需要的數據在測量過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，各測量儀器操作能否實現同步，儀器收發命令、讀/寫數據和執行指令的先后順序和時間能否協調，將直接影響到系統的可靠性、測試數據的實時性和測試系統的效率[6]。系統同步該系統中主要由軟件實現，根據用戶的服務要求和儀器特性設計適當的程序流程。

為了實現程序的通用性，選用Visual Basic/ SQL作為測試程序與數據庫之間進行數據交換的工具把測量數據和測試流程分開，測試流程的任務就是根據測試需求讀取配置數據庫的數據，配置測試儀器，進行相應地數據采集、分析計算，并把結果寫回到測試結果數據庫中[7-8]。在計算機中，安裝了數據庫，另外還附加了數據管理查詢軟件，以及提供給用戶安裝其他軟件的選擇。這樣，PXI測控計算機不會因為需要數據庫管理而占用資源;另外當沒有啟用PXI測控計算機時，只啟用了通用計算機，也可以對已經測量板卡的數據進行整理分析。Visual Basic可以更好地與SQL數據庫進行對接，對用戶的數據庫進行查詢，管理等操作，在計算機中應用Visual Basic編寫了方便用戶對數據進行訪問的數據管理查詢軟件。

圖2 測控系統軟件構架

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，在實現功能測試的同時，還具有數據存儲、查詢回放功能，具有良好的實用性和操作性。

3 結 語

該課題的研究和開發，對電路的檢測具有重要意義。 首先，采用自動化測試系統大大提高了測試效率，節省了寶貴的時間，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中解放出來，減輕了勞動強度，大大節省了人力消耗;最后，整個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一些基本數據即可開始檢測，非專業人員也可完成測試過程，基本上排除了人為誤操作產生的差錯，提高測試結果的可信度，保證了系統的安全使用。

圖3 測控軟件層次框圖

參考文獻

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