多路脈沖時序模塊單元測試儀設計

王豐

（北京市9200信箱76分箱4號，北京豐臺，100076）

0 引言

現階段，在工業和軍用領域，多路時序控制功能是最基本和常見的控制方式，很多的自動化操作都是依靠精準的時序控制來實現。為滿足自動精準的控制，多路脈沖時序控制模塊被設計出來，實現的多路數、復雜功能的時序控制。由于多路脈沖時序控制模塊的功能復雜，致使如何實現對模塊功能的全部覆蓋測試成為了難點，僅僅依靠人員的手動測試變得相當復雜，并且測試的難度隨著通路數量的增加，呈現幾何量級的增長。同時，在很多的工業和軍用領域，要求對模塊在一定溫度變化時間范圍內完成測試，因此就對多路脈沖時序控制模塊的測試方法提出了更高的要求。

1 設計思路

為實現設備的通用化，本設計采用PXI總線設計，選用航天測控技術有限公司的72通道時序測量模塊、32通道AD模塊、程控電源模塊、電壓調理模塊、24通道數字IO模塊、RS422總線模塊、轉接模塊1和轉接模塊2。

基于PXI總線結構的測試設備，機箱采用集成化設計，集成顯示器、鍵盤、鼠標等功能，方便設備的展開、收納和運輸。嵌入式CPU為提高運行速度和產品的環境適應性，采用工業級處理器、固態硬盤等。預留USB接口，可以外界打印機對測試數據進行打印留存。硬件電路的原理框圖詳見圖1所示[2]。

圖1 測試儀原理框圖

(1)AD模塊用于對供電電路的電壓進行采集，同時也用于采集多路脈沖時序模塊的輸出脈沖波形，用于檢測輸出信號是否有電壓波動；

(2)數字IO模塊用于實現對被測模塊進行控制，通過電平信號控制模塊的工作方式，同時還可以實現向被測模塊發送一定頻率和占空比的脈沖信號；

(3)時序測量模塊用于對被測模塊的輸出信號進行檢測，測量信號的脈沖寬度和多路脈沖的時間間隔[4]；

(4)RS422模塊實現與被測模塊進行RS422通信；

(5)程控電源模塊主要用于對被測模塊的供電，模塊可以實現軟件設定供電電壓、控制電壓的輸出，并實現對輸出電壓和電流的回采檢測，當電流輸出超過設定的門限時，能夠自動切斷供電[3]；

(6)電壓調理模塊主要的功能是用于當被測模塊的輸出電壓較高，超過AD模塊和數字IO模塊量程時，可以以一定比例將電壓信號降低為測試量程以內，滿足測量要求；

(7)轉接模塊實現的功能是實現線路的擴展，供電信號需要很多的分支，但是由于接插件線徑工藝的要求，不能夠過多的跨線，同時考慮電纜的可靠性，又不允許在電纜的中間單獨焊接，因此就必須設計一個轉接模塊，用于對供電信號進行一路轉多路；

(8)轉接電纜的用途為，將多個連通各個板卡之間的信號傳遞；將板卡與被測設備連接在一起；將板卡的小型長方形接口轉換為便于操作的航插接插件；

(9)鍵盤、鼠標、顯示器為集成化設計，與PXI測試機箱集成一體，減少了設備的連接電纜、方便產品的展開收納與攜帶。

被測件輸出信號為28V時序信號，測試儀的主要功能是先將需要的數據傳輸給被測件，在啟動被測件工作，輸出定時脈沖波形，測試儀檢測波形時序和電壓是否符合要求，并給出測試結論，工作過程如下：

(1)通過軟件控制程控電源模塊設置過壓和過流保護，再向被測件輸出28V供電電壓，并檢測工作電流是否正常；

(2)待供電信息正常后，測試儀向被測件輸出寄存器清零指令，包含4個寄存器，清零信號為電平信號，分別通過數字IO板卡將28V電壓轉變為脈沖信號，發出清零信號后，檢測被測件輸出的零位指示，若由0V變為28V，則清零正常；

(3)測試儀向被測件發送數據，分為3種數據，每種數據通過占空比為1:4的脈沖產生，由數字IO板卡將15V電壓轉換為相應的波形，每個脈沖表示0.1s精度，被測件通過技術中斷計數識別數量，實現數據傳遞和接收；

(4)數據接收正常后，通過數字IO板卡切換被測件工作模式，模式1為快速測試，模式2為慢速測試，通過數字IO板卡發出高低電平進行指示；

(5)測試儀向被測設備發出啟動信號，為脈沖信號，通過數字IO板卡發出高低電平進行指示；

(6)被測件開始工作，分別在固定時間間隔，向測試儀發送脈沖指令，測試儀采用時序測量模塊對接收數據的時間進行計算，觀察時間間隔精度是否滿足誤差要求；

(7)在采集信號時間的同時，再通過AD板卡檢測電壓的波形，觀察是否被測件輸出電壓為要求的復制范圍內；

(8)一共檢測12個信號，均合格發出測試正常結論，并提示保存數據和斷電操作。

2 軟件設計

本測試儀的軟件采用NI公司的Labwindows/CVI開發環境（下文簡稱CVI），CVI是面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平臺，可以在多種操作系統下運行；采用C語言編寫軟件，利用其提供的庫函數來實現程序的設計、編輯、編譯、鏈接、調試。相對于labview開發環境，CVI利用編寫的軟件，更符合軟件設計人員的思路，更有利于軟件的多人協作開發[1]。

采用CVI編寫軟件首先要明確軟件的架構，本軟件采用兩個進程，一個用于定時采集供電電壓和電流，另一個進程主要用于檢測、顯示和判斷被測信號是否滿足要求。軟件流程圖詳見圖2所示。

圖2 測試軟件流程框圖

(1)測試軟件運行后，軟件進行初始化設置，將全局變量、函數初始化；

(2)對各個板卡進行初始化，對AD板卡進行校準，設置采樣率；對時序測量板卡設置模式，采用查詢模式；設置供電板卡的電壓為28V，設置限流值1A，防止短路電流過大；設置RS422板卡的通信波特率；

(3)通過數字IO模塊向被測設備發送信號，復位被測設備的數據寄存器；

(4)通過RS422端口或者脈沖計數端口對被測模塊進行數據裝訂；

(5)通過數字IO模塊向被測設備發送信號，啟動測試；

(6)通過時序測量板卡檢測接收信號的通道和時間是否滿足要求；

(7)檢測脈沖信號的電壓幅度是否滿足要求；

(8)將合格的信號在前面板顯示結果，將異常的信號通過對話框進行提示；

(9)測試的同時，電壓檢測進程一只監測被測設備的供電電壓和電流值，防止短路燒壞被測設備和測試設備，有異常出現則立刻斷電，同時通過對話框提示測試人員；

(10)當檢測到最后一個時序信號后，提示測試結束，軟件斷電，提示是否保存和打印測試數據，測試人員依據需要打印測試數據；

(11)也可以打印以前測試保存的測試數據，可以通過時間進行檢索[5-6]。

軟件采用進程1實現對電壓的控制和采集，便于供電出現問題后，可以及時斷電，保護被測件安全；其余功能放置于進程2中，每個功能均為按步驟單步執行，界面采用表格式，每個操作的步驟均有執行按鈕單步執行，同時采用表格對接收的數據進行判讀并顯示，識別方便，正常數據顯示未綠色，異常數據顯示未紅色，便于識別，后臺數據的存儲采用txt自定義格式，體積小，不占用空間，讀速度快軟件采用成熟的MFC架構，便于系統移植。

3 設計結果

根據上述的設計方法，設計的產品外觀圖詳見圖3所示。

圖3 多路脈沖時序模塊單元測試儀外觀圖

選用某項目的多路脈沖時序模塊作為被測件，進行測試驗證。被測模塊需要28V供電，需要通過RS422總線，裝訂三通道時間間隔，其余時序均為固定數值，一共有6個通道的脈沖數據。啟動后，6個通道分別按照時序發送脈寬為100μs的正脈沖信號，信號幅值為28V。

根據以上被測設備的指標進行檢測，檢測的結果詳見表1所示。

表1 檢測結果

通過被測數據可以看出測試設備檢測多路正脈沖信號可靠有效。

4 結論

本文所研制的多路脈沖時序模塊單元測試儀可以對多路時序信號進行檢測，檢測精度高、設備通用性好；設備集成化設計、便于攜帶，具有廣泛的應用前景。