某引信信號處理電路測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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摘 要： 以某引信信號處理電路測試儀的設(shè)計(jì)為背景，考慮到各種測試任務(wù)的共性與特點(diǎn)，提出了軟硬件相結(jié)合的通用化、模塊化的設(shè)計(jì)方法；對該測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件配置、硬件原理、軟件模塊化設(shè)計(jì)、軟件流程進(jìn)行了詳細(xì)的描述；經(jīng)過后期的測試證明，該測試系統(tǒng)通用性能好，操作簡單易懂，對其他測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展以及提高武器系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性有重要的意義。

關(guān)鍵詞： 引信信號處理電路； 模塊化設(shè)計(jì)； 通用化設(shè)計(jì)； 測試系統(tǒng)

中圖分類號： TN952?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0023?03

0 引 言

現(xiàn)代武器裝備的戰(zhàn)斗力和效能，不僅依賴于武器裝備的高性能，還需通過高可靠性、維修性和保障性充分體現(xiàn)裝備的綜合效能。對于很多信號處理電路板，要進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測試，就需要一個(gè)自動測試系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)需要包括具有計(jì)算、處理能力的計(jì)算機(jī)，在測試過程中各種復(fù)雜的分析、統(tǒng)計(jì)、判斷、處理的結(jié)果可以通過多種方式輸出。自動測試系統(tǒng)避免了人為因素的誤差，可獲得十分良好的測試性。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖1是整個(gè)測試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，介紹系統(tǒng)在測試過程需要的主要部件。被測電路板通過DB25接口與測試儀相連接，工控機(jī)分別連接測試儀、打印機(jī)以及顯示器。工控機(jī)的作用是通過軟件進(jìn)行邏輯控制和狀態(tài)判讀，根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)產(chǎn)生各種邏輯控制信號以及測試報(bào)表等；測試儀用來測試信號處理目標(biāo)板的工作的正確性，測試系統(tǒng)模擬被測目標(biāo)板實(shí)際工作所需信號，按要求向被測電路板提供所需各種電源及各種激勵(lì)信號，并記錄分析被測電路板的響應(yīng)，從而判斷被測對象工作的正確性。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

圖2是測試儀的組成原理圖，測試儀通過上位機(jī)進(jìn)行測試任務(wù)的設(shè)定、測試結(jié)果的顯示，測試儀的DSP控制任務(wù)的執(zhí)行和上位機(jī)之間的通信，測試儀還包括多普勒生成模塊、信號采集判決模塊、電壓電流采集模塊、電源模塊，這些模塊將在下文中重點(diǎn)介紹，存儲器完成測量的數(shù)據(jù)暫存。

1.2 硬件模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 多普勒設(shè)計(jì)模塊

多普勒信號發(fā)生電路的作用是根據(jù)上位機(jī)的指令要求生成對應(yīng)的多普勒信號，經(jīng)過信號處理后輸出給被測電路板，由對應(yīng)的狀態(tài)指示燈顯示控制信號工作狀態(tài)。多普勒信號生成原理如圖3所示，這里采取DSP對整個(gè)包絡(luò)周期進(jìn)行計(jì)算，將每個(gè)點(diǎn)的計(jì)算值下傳到RAM中，按照固定頻率逐個(gè)讀出RAM值，通過D/A轉(zhuǎn)換完成輸出多普勒信號。

圖2 測試儀組成原理

圖3 多普勒信號生成原理圖

采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較直接的將多普勒信號進(jìn)行輸出，以一個(gè)完整外包絡(luò)為周期輸出，RAM選用1M×16的存儲空間，外包絡(luò)單周期最大時(shí)間為500 ms，通過循環(huán)輸出完成連續(xù)的多普勒信號輸出。對外包絡(luò)可以進(jìn)行任意波形的定義，非常方便。與傳統(tǒng)采用先產(chǎn)生正弦波再進(jìn)行調(diào)制的方法不同，傳統(tǒng)的方法采用DDS生成正弦波，然后通過硬件對正弦波進(jìn)行調(diào)制，這里采用的方法實(shí)際上調(diào)制過程在DSP單片機(jī)已經(jīng)完成，只不過是數(shù)字化量，硬件負(fù)責(zé)組織完成D/A輸出，從這個(gè)角度講這種方法結(jié)構(gòu)簡單。

1.2.2 信號采集判決模塊

信號處理板接收多普勒信號發(fā)生電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號，做出反應(yīng)的輸出信號，送入信號判讀反饋電路進(jìn)行鎖存和分析，以獲得多路信號的時(shí)序關(guān)系和測量值，將測試結(jié)果反饋給工控機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理，并由對應(yīng)的狀態(tài)指示燈顯示控制信號工作狀態(tài)。

（1） 電源電壓及電流的測量電路如圖4所示。

根據(jù)被測電壓的大小和A/D的測量范圍（2.5 V），選用[R1=]500 kΩ，[R2=]100 kΩ。電壓為-12 V時(shí)，需要通過反向放大電路來完成。電流的測量如果取[VRs=]100 mV，假設(shè)實(shí)際用電最大為150 mA，那么[Rs≈]500 mΩ。

圖4 電源電壓及電流測量原理圖

（2） 過門限信號nplg、近炸信號Upf的測量電路

通過前端整形電路，由DSP的A/D和定時(shí)器完成對幅度和寬度的測量。定時(shí)器使用10 MHz晶振，分辨率為0.1 μs，滿足系統(tǒng)精度要求。如圖5所示。

圖5 nplg，Upf的測量電路

（3） 幾種時(shí)間參數(shù)的測量

時(shí)間量的測試電路如圖6所示。

圖6 時(shí)間量的測量電路

其中的幾個(gè)需要測量的時(shí)間量說明如下：

跳頻輸出門限參數(shù)[Ucm：]根據(jù)Utp1發(fā)生正跳變時(shí)記下此時(shí)對應(yīng)的[Uc]的峰?峰值；

計(jì)數(shù)器啟動方波數(shù)[N0：]根據(jù)Ufd和Ujsc信號計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)；

系統(tǒng)啟動延遲時(shí)間[τy：]以[Ub≥]0.4 V（峰?峰值±0.2 V）為起點(diǎn)，nplg上升沿為終點(diǎn)的時(shí)間差；

多普勒整形門限參數(shù)[Ubm：]當(dāng)Ufd的第一個(gè)脈沖到來時(shí)，其前沿對應(yīng)的[Ub]一個(gè)周期內(nèi)的峰?峰值。

1.2.3 供電模塊

供電模塊為主機(jī)箱各種指示燈和目標(biāo)板提供所需的多路直流電源，其中包括被測電路板的（5.0±0.2） V，（12±0.3） V，（-12±0.3） V。電源電路如圖7所示。

給目標(biāo)板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，測試電路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，這里選用NCP117系列電源管理芯片，該器件能夠提供最大1 A的電流，電壓精度高，具有溫度補(bǔ)償功能，熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中，5.0 V電壓通過下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到：

[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]

1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)

測試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。

上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。

圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡單地介紹如下：

界面模塊：完成用戶的操作界面；

自檢模塊：檢查主要硬件電路的工作狀態(tài)；

權(quán)限管理模塊：區(qū)分不同用戶對軟件的使用權(quán)限，分為普通用戶和管理員用戶；

輸出打印模塊：可以將所有測試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印，打印格式由用戶定義，可以進(jìn)行打印預(yù)覽；

通信模塊：完成與測試電路的信息傳遞；

測試模塊：可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動全流程測試。

下位機(jī)DSP軟件采用C語言編寫。DSP軟件主要模塊及功能簡介如下：

通信模塊：完成對CPLD任務(wù)的裝訂和上行測試數(shù)據(jù)的回傳；

波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊：按照用戶的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù)；

測試流程模塊：控制自動化流程測試的每一項(xiàng)工作；

采集模塊：利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測量。

2 工作流程

測試儀測試流程如圖9所示。

圖9 測試工作流程

在系統(tǒng)自檢時(shí)，程序會自動讀入硬件資源，并添加所需測試的硬件。進(jìn)入程序界面后，用戶首先要選擇權(quán)限，管理員擁有修改測試參數(shù)、手動設(shè)置測試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測試結(jié)果等權(quán)限，而操作員只能進(jìn)行自動測試項(xiàng)測試。上位機(jī)發(fā)送測試指令后，下位機(jī)通過DSP產(chǎn)生信號完成對電路板的測試，最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫測試結(jié)果報(bào)表，管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。

3 結(jié) 語

本文的引信信號處理測試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)不僅具有自動化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶界面友好、操作簡便、易于維護(hù)的特點(diǎn)，而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)，相比傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測試需求，這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫麗明.TMS320F2812原理及其C語言程序開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2] 陳紹煒，孫浩.基于某型投放裝置的通用性測試軟件設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（20）：49?51.

[3] 張?jiān)?，李?基于某型控制盒單板測試軟件的通用化設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2012（1）：89?91.

[4] 雷毅.RNC整機(jī)測試平臺單板測試功能模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[5] 楊東凱，梁帆，凌桂龍.DSP嵌入式系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2009.

[6] 崔功，齊曉林，冀捐灶，等.航炮綜合控制設(shè)備自動測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2001（3）：125?128.

給目標(biāo)板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，測試電路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，這里選用NCP117系列電源管理芯片，該器件能夠提供最大1 A的電流，電壓精度高，具有溫度補(bǔ)償功能，熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中，5.0 V電壓通過下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到：

[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]

1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)

測試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。

上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。

圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡單地介紹如下：

界面模塊：完成用戶的操作界面；

自檢模塊：檢查主要硬件電路的工作狀態(tài)；

權(quán)限管理模塊：區(qū)分不同用戶對軟件的使用權(quán)限，分為普通用戶和管理員用戶；

輸出打印模塊：可以將所有測試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印，打印格式由用戶定義，可以進(jìn)行打印預(yù)覽；

通信模塊：完成與測試電路的信息傳遞；

測試模塊：可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動全流程測試。

下位機(jī)DSP軟件采用C語言編寫。DSP軟件主要模塊及功能簡介如下：

通信模塊：完成對CPLD任務(wù)的裝訂和上行測試數(shù)據(jù)的回傳；

波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊：按照用戶的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù)；

測試流程模塊：控制自動化流程測試的每一項(xiàng)工作；

采集模塊：利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測量。

2 工作流程

測試儀測試流程如圖9所示。

圖9 測試工作流程

在系統(tǒng)自檢時(shí)，程序會自動讀入硬件資源，并添加所需測試的硬件。進(jìn)入程序界面后，用戶首先要選擇權(quán)限，管理員擁有修改測試參數(shù)、手動設(shè)置測試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測試結(jié)果等權(quán)限，而操作員只能進(jìn)行自動測試項(xiàng)測試。上位機(jī)發(fā)送測試指令后，下位機(jī)通過DSP產(chǎn)生信號完成對電路板的測試，最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫測試結(jié)果報(bào)表，管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。

3 結(jié) 語

本文的引信信號處理測試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)不僅具有自動化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶界面友好、操作簡便、易于維護(hù)的特點(diǎn)，而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)，相比傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測試需求，這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。

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給目標(biāo)板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，測試電路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，這里選用NCP117系列電源管理芯片，該器件能夠提供最大1 A的電流，電壓精度高，具有溫度補(bǔ)償功能，熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中，5.0 V電壓通過下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到：

[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]

1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)

測試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。

上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。

圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡單地介紹如下：

界面模塊：完成用戶的操作界面；

自檢模塊：檢查主要硬件電路的工作狀態(tài)；

權(quán)限管理模塊：區(qū)分不同用戶對軟件的使用權(quán)限，分為普通用戶和管理員用戶；

輸出打印模塊：可以將所有測試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印，打印格式由用戶定義，可以進(jìn)行打印預(yù)覽；

通信模塊：完成與測試電路的信息傳遞；

測試模塊：可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動全流程測試。

下位機(jī)DSP軟件采用C語言編寫。DSP軟件主要模塊及功能簡介如下：

通信模塊：完成對CPLD任務(wù)的裝訂和上行測試數(shù)據(jù)的回傳；

波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊：按照用戶的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù)；

測試流程模塊：控制自動化流程測試的每一項(xiàng)工作；

采集模塊：利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測量。

2 工作流程

測試儀測試流程如圖9所示。

圖9 測試工作流程

在系統(tǒng)自檢時(shí)，程序會自動讀入硬件資源，并添加所需測試的硬件。進(jìn)入程序界面后，用戶首先要選擇權(quán)限，管理員擁有修改測試參數(shù)、手動設(shè)置測試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測試結(jié)果等權(quán)限，而操作員只能進(jìn)行自動測試項(xiàng)測試。上位機(jī)發(fā)送測試指令后，下位機(jī)通過DSP產(chǎn)生信號完成對電路板的測試，最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫測試結(jié)果報(bào)表，管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。

3 結(jié) 語

本文的引信信號處理測試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)不僅具有自動化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶界面友好、操作簡便、易于維護(hù)的特點(diǎn)，而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)，相比傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測試需求，這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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