開關(guān)量電路模塊測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁　驊

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

開關(guān)量電路模塊測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁驊

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

主要闡述了開關(guān)量電路模塊的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算機(jī)控制S3C2410開發(fā)板和安捷倫測(cè)試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量電路模塊的測(cè)試任務(wù)。測(cè)試系統(tǒng)軟件可分為兩部分，上位機(jī)軟件采用Visual C＋＋編寫，結(jié)構(gòu)模式是COM架構(gòu)，執(zhí)行多進(jìn)程多任務(wù)；下位機(jī)軟件采用ANSI C編寫，執(zhí)行單進(jìn)程單任務(wù)。測(cè)試系統(tǒng)硬件部分包括ARM920T處理器、電壓轉(zhuǎn)換模塊、譯碼模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和繼電器矩陣。

開關(guān)量電路模塊；Visual C＋＋編程語言；ANSI C編程語言；ARM920T核心處理器；測(cè)試系統(tǒng)；COM架構(gòu)

1　引　言

國(guó)內(nèi)整機(jī)單位對(duì)開關(guān)量電路模塊存在大量需求，該電路模塊已經(jīng)在船舶工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，年需求量很大。研制針對(duì)開關(guān)量電路模塊的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，可以解決手工測(cè)試周期長(zhǎng)和測(cè)試數(shù)據(jù)一致性差的問題，同時(shí)有助于完成開關(guān)量電路模塊的設(shè)計(jì)定型，滿足用戶的替代需求。

2　測(cè)試系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

按照開關(guān)量電路模塊詳細(xì)規(guī)范的電特性指標(biāo)要求，需要對(duì)開關(guān)量電路模塊的輸出高電平VOH、輸出低電平VOL、工作電流IDDOP和延遲時(shí)間Td進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試原理圖如圖1所示。

根據(jù)開關(guān)量電路模塊的測(cè)試原理及電特性指標(biāo)要求，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、可編程直流電源、數(shù)字多用表、中心控制臺(tái)和高低溫在線測(cè)試板構(gòu)成。可編程直流電源選用AgilentTME3647A雙通道電源，數(shù)字多用表選用Agilent 34450A，中心控制臺(tái)和高低溫在線測(cè)試板使用處理器板、集成電路芯片、電子元件、PCB電路板和機(jī)箱，以電氣安裝的方式完成制造。

測(cè)試系統(tǒng)采用系統(tǒng)集成方式，由計(jì)算機(jī)集中控制測(cè)試儀器和中心控制臺(tái)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)模塊電特性指標(biāo)的在線自動(dòng)測(cè)試，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)表，對(duì)電特性指標(biāo)的輸出高電平、輸出低電平、工作電流和延遲時(shí)間進(jìn)行全覆蓋測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖1　開關(guān)量電路模塊測(cè)試原理圖

圖2　測(cè)試系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖

3　測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件按功能可以劃分為處理器模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、譯碼模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、1KHz開關(guān)模塊、繼電器矩陣等六個(gè)主要部分。在硬件實(shí)現(xiàn)中，還包括實(shí)際工作量很大的機(jī)箱設(shè)計(jì)、電氣安裝等工作，這里就不一一敘述了，測(cè)試系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3　測(cè)試系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)圖

3．1處理器模塊

處理器模塊選用韓國(guó)SamsungTM公司的S3C2410開發(fā)板，該開發(fā)板為一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能的解決方案。S3C2410提供了2通道UART、I2C接口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、IO接口。通過提供一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，S3C2410大大降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，消除了為系統(tǒng)配置額外器件的需要。S3C2410的CPU核心是由ARM有限公司設(shè)計(jì)的32位ARM920T RISC處理器，最高工作頻率可達(dá)203MHz。

使用S3C2410開發(fā)板的顯示接口，獲取ARM920T的GPC組和GPD組的IO端口，作為測(cè)試系統(tǒng)中心控制臺(tái)的控制端口。使用S3C2410開發(fā)板的UART接口，作為測(cè)試系統(tǒng)中心控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)的通信接口。

3．2電壓轉(zhuǎn)換模塊、譯碼模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和繼電器矩陣

處理器模塊的IO接口電壓是3．3V，譯碼模塊的IO接口電壓是5V，因此需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。根據(jù)IO接口的數(shù)量，選用3只74ALVC164245構(gòu)成電壓轉(zhuǎn)換模塊。

經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的控制信號(hào)進(jìn)入譯碼模塊輸入端，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，選用7只SN74HCT238N構(gòu)成譯碼模塊。

從譯碼模塊輸出的電流，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，需要在譯碼模塊和繼電器矩陣之間配置驅(qū)動(dòng)模塊，因此選用9只ULN2803構(gòu)成驅(qū)動(dòng)模塊。

繼電器矩陣在本測(cè)試系統(tǒng)中是起到接通和切斷電源電壓、信號(hào)及測(cè)試儀器連接線的作用。根據(jù)測(cè)試需要，采用64只HRS2HS型繼電器分成8組，構(gòu)成繼電器矩陣。

3．31KHz開關(guān)模塊

根據(jù)測(cè)試工作電流IDDOP和延遲時(shí)間Td的需要，由ARM920T的IO端口對(duì)1KHz開關(guān)模塊進(jìn)行控制。一共需要8組1KHz開關(guān)模塊，每個(gè)1KHz開關(guān)模塊的設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

4　測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分。上位機(jī)軟件采用Visual C＋＋編寫，結(jié)構(gòu)模式是COM架構(gòu)，執(zhí)行多進(jìn)程多任務(wù)處理；下位機(jī)軟件采用ANSI C編寫，運(yùn)行于ARM920T處理器，執(zhí)行中斷式處理的單進(jìn)程單任務(wù)。

圖4　1KHz開關(guān)模塊設(shè)計(jì)

4．1上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件由4層結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)模式和消息流程如圖5所示。

圖5　上位機(jī)的結(jié)構(gòu)模式和消息流程

4．1．1接口層

接口層的主要任務(wù)是使用通信協(xié)議與S3C2410開發(fā)板、Agilent測(cè)試設(shè)備進(jìn)行通信。接口層與S3C2410開發(fā)板之間的UART通信采用自定義協(xié)議，協(xié)議的內(nèi)容是模塊編號(hào)、模塊路數(shù)、控制命令、開發(fā)板型號(hào)以及開發(fā)板的當(dāng)前狀態(tài)。接口層與Agilent測(cè)試設(shè)備之間的USB通信采用SCPI協(xié)議，軟件編程主要通過調(diào)用Agilent公司提供的visa．h、visatype．h和visa32．lib實(shí)現(xiàn)。

4．1．2設(shè)備層

設(shè)備層的任務(wù)主要有兩項(xiàng)。一是對(duì)邏輯層的命令進(jìn)行編碼，將編碼之后的命令（該命令可以被測(cè)試設(shè)備和開發(fā)板識(shí)別）發(fā)送到接口層；一是對(duì)Agilent測(cè)試設(shè)備和S3C2410開發(fā)板產(chǎn)生的事件（該事件需要被邏輯層和操作平臺(tái)識(shí)別）進(jìn)行解碼，發(fā)送到邏輯層。

4．1．3邏輯層

邏輯層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)開關(guān)量電路模塊詳細(xì)規(guī)范中對(duì)電特性的測(cè)試，并滿足測(cè)試原理要求，具體內(nèi)容如下：

（1）測(cè)試高電平VOH：將可編程電源E3647A的通道1電壓設(shè)置為VDD，繼電器S1置于位置“1”；將通道2電壓設(shè)置為VIN0H、VIN0L，將繼電器S2置于位置“VIN0H”、“VIN0L”、“OUT0”。從數(shù)字多用表34450A讀出第一路的VOH值。控制繼電器矩陣，選擇被測(cè)模塊的路數(shù)，從數(shù)字多用表34450A讀出相應(yīng)的VOH值。

（2）測(cè)試低電平VOL：與測(cè)試高電平VOH類似，但需要將可編程電源E3647A的通道2限流20mA。

（3）測(cè)試工作電流IDDOP：發(fā)出命令，ARM920T的IO端口對(duì)1KHz開關(guān)模塊進(jìn)行控制，從另一塊數(shù)字多用表34450A讀出第一路的IDDOP值。控制繼電器矩陣，選擇被測(cè)模塊的路數(shù)，從電流表讀出相應(yīng)的IDDOP值。

（4）測(cè)試延遲時(shí)間Td：ARM920T的IO端口對(duì)1KHz開關(guān)模塊進(jìn)行控制，通過另外一組IO端口進(jìn)行如下操作：捕捉輸入信號(hào)的上升沿、捕捉輸出信號(hào)的下降沿，通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這兩個(gè)沿的時(shí)間差，即為第一路的Td。控制繼電器矩陣，選擇被測(cè)模塊的路數(shù)，依次獲取相應(yīng)的Td值。

4．1．4操作平臺(tái)

操作平臺(tái)的主要任務(wù)是：

（1）檢測(cè)S3C2410開發(fā)板和Agilent測(cè)試設(shè)備的連接狀態(tài)，周期性向開發(fā)板、Agilent測(cè)試設(shè)備發(fā)出心跳指令，并接收狀態(tài)消息。

（2）填寫模塊編號(hào)，選擇模塊路數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高低溫在線依次測(cè)試8個(gè)開關(guān)量電路模塊。在List Ctrl實(shí)時(shí)顯示從Agilent測(cè)試設(shè)備讀取到的測(cè)試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)越界提示（顏色標(biāo)識(shí)）。

（3）以O(shè)DBC的方式連接Access數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)保存測(cè)試數(shù)據(jù)。

（4）以調(diào)用COM組件的方式生成Excel三溫報(bào)表。

4．2下位機(jī)軟件

下位機(jī)軟件的核心任務(wù)是：

（1）根據(jù)上位機(jī)命令，通過ARM920T的IO端口，控制與模塊編號(hào)、模塊路數(shù)對(duì)應(yīng)的繼電器。

（2）根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)算，得到輸入信號(hào)上升沿與輸出信號(hào)下降沿的時(shí)間差。下位機(jī)軟件流程圖，如圖6所示。

圖6　下位機(jī)軟件流程圖

5　結(jié)束語

采用上位機(jī)結(jié)合下位機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量電路模塊的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，是一種快速而且簡(jiǎn)捷的方式，該系統(tǒng)的所有技術(shù)細(xì)節(jié)都已經(jīng)得到驗(yàn)證，因此不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。隨著自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)向上下位機(jī)一體化的方向發(fā)展，下一步的工作是研究使用嵌入式計(jì)算機(jī)（例如：PMC3663、PMC3357）來完成更加快速有效的測(cè)試任務(wù)。

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Test System Design for Switch Input Electric Module

Yuan Hua
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

This article describes a design method of the automation test system for switch input electric module．The computer is used to control S3C2410 development board and AgilentTM test devices to implement the test task of switch input electric module．The test system＇s software can be divided into two parts，the software running on computer compiled by Visual C＋＋with COM architecture and implementing multiprocess and multitask，and the software running on ARM compiled by ANSI C and implementing singleton process and singleton task．The test system＇s hardware includes ARM920T processor，voltage conversion module，decode module，drive module and relay matrix．

Switch Input Electric Module；Visual C＋＋program language；ANSI C program language；ARM920T CPU；Test system；COM architecture

10．3969／j．issn．1002－2279．2016．05．015

TP368．2

A

1002－2279（2016）05－0060－04

袁驊（1959－），男，遼寧大連人，工程師，主研方向：測(cè)試。

2015－09－10