基于PXI總線通用測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫志軍，紀(jì)曉輝（.桂林長(zhǎng)海發(fā)展有限責(zé)任公司，5400；.中國(guó)電子進(jìn)出口總公司，5400）

基于PXI總線通用測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫志軍1，紀(jì)曉輝2
（1.桂林長(zhǎng)海發(fā)展有限責(zé)任公司，541001；2.中國(guó)電子進(jìn)出口總公司，541001）

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了人們生活的各個(gè)領(lǐng)域中，并且對(duì)電子裝備生產(chǎn)和測(cè)試技術(shù)的要求也越來(lái)越高。當(dāng)前，電子測(cè)試內(nèi)容和對(duì)象不斷復(fù)雜，而且用戶對(duì)測(cè)試速度以及其他方面的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的人工測(cè)試已經(jīng)不再滿足當(dāng)前測(cè)試工作的需要，因此必須要大力研究自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)并加強(qiáng)應(yīng)用，以提高測(cè)試工作的效率和質(zhì)量。PXI總線電子裝備測(cè)試系統(tǒng)是基于PXI總線的虛擬儀器技術(shù)，主要應(yīng)用于電子裝備測(cè)試，本研究主要針對(duì)電子裝備的測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了一套基于PXI總線的檢測(cè)設(shè)備。

基于PXI總線；測(cè)試系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

PXI總線技術(shù)自誕生以來(lái)，就以高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)適用于組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。PXI的價(jià)格比較低，測(cè)試精確度比較高，而且還具有同步和定時(shí)的功能，能夠滿足更高的測(cè)試要求，主要應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域。本文主要分析了一種基于PXI總線的電子裝備測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)虛擬儀器編程語(yǔ)言LabVIEW完成測(cè)試程序集（TPS）的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子裝備的測(cè)試。

1　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)就是以計(jì)算機(jī)為核心，在主機(jī)程序指令的控制下，為自動(dòng)完成某種特定測(cè)試任務(wù)而組合起來(lái)的測(cè)量?jī)x器和其他設(shè)備的有機(jī)整體。ATS通常包括自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）、測(cè)試程序集（TPS）和測(cè)試環(huán)境（TE）3大部分。通過(guò)三者的結(jié)合，自動(dòng)完成被測(cè)單元的性能檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析處理、故障識(shí)別與定位等。傳統(tǒng)的測(cè)試方法采用分立儀器搭建測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試效率低，測(cè)試成本高，可靠性差。虛擬儀器測(cè)試是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，利用IO接口設(shè)備（PXI模塊、GPIB（增加）儀器、串口儀器等）完成信號(hào)的加載、采集與調(diào)理，結(jié)合可視化開(kāi)發(fā)軟件完成硬件配置、用戶界面設(shè)置、信號(hào)數(shù)據(jù)分析、波形顯示和數(shù)據(jù)記錄，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。

1.1人機(jī)接口

人機(jī)接口的功能是實(shí)現(xiàn)操作人員和測(cè)試系統(tǒng)的雙向通信。常見(jiàn)的形式為，操作人員用鍵盤(pán)等輸入設(shè)備向測(cè)試系統(tǒng)輸入信息，測(cè)試系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果和操作提示等有關(guān)信息送到顯示器顯示。如果需要打印檢測(cè)結(jié)果時(shí)，人機(jī)接口可配備打印機(jī)。

1.2PXI總線測(cè)試系統(tǒng)

本系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)采用PXI總線模塊作為主要硬件平臺(tái)，PXI控制器模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)，是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的核心部件，通過(guò)運(yùn)行測(cè)試軟件，控制測(cè)試過(guò)程，接收測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與其他外設(shè)相連接。

1.3接口適配器

接口適配器實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備和被測(cè)對(duì)象（UUT）之間的信號(hào)連接，它把儀器資源分配給被測(cè)對(duì)象的各個(gè)管腳，完成對(duì)被測(cè)對(duì)象施加激勵(lì)和測(cè)量工作。適配器主要包括控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊和調(diào)理模塊。接口適配器應(yīng)具有以下的功能：①連接并固定相應(yīng)的UUT，并分配測(cè)試資源管腳；②具有適配器防差錯(cuò)功能；③具備對(duì)輸入/輸出信號(hào)的初步處理和調(diào)理功能。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PXI總線測(cè)試系統(tǒng)是以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是ATE機(jī)體設(shè)計(jì)，ATE的機(jī)體設(shè)計(jì)主要考慮測(cè)試資源的需求，然后按需選擇基于PXI總線技術(shù)的貨架產(chǎn)品。硬件系統(tǒng)主要包括PXI控制測(cè)量系統(tǒng)、適配器接口以及其他相關(guān)附屬硬件設(shè)備等。其中PXI控制測(cè)量系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制測(cè)試系統(tǒng)工作，測(cè)量其輸出信號(hào)，將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，適配器接口主要是完成被測(cè)對(duì)象（UUT）與PXI總線接口系統(tǒng)之間信號(hào)的轉(zhuǎn)接、變換及放大，并能提供狀態(tài)信息顯示、電路保護(hù)和人工調(diào)控接口。根據(jù)對(duì)被測(cè)件信號(hào)類型和特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)硬件配置如圖1所示。

具體硬件配置如下：

（1）NIPXI—1045PXI機(jī)箱，機(jī)箱選擇NI公司的8槽PXI機(jī)箱。該機(jī)箱適用于實(shí)時(shí)、自動(dòng)化測(cè)試及數(shù)據(jù)采集（DAQ）的應(yīng)用

（2）NIPXI—8196嵌入式PXI控制器（零槽控制器），零槽控制器具有USB2.0、GPIB和RS232等接口，能夠與各類數(shù)字式儀器進(jìn)行通信，通過(guò)PXI總線對(duì)各PXI測(cè)試模塊進(jìn)行控制和交換；

（3）NIPXI—6608計(jì)數(shù)器/定時(shí)模塊，產(chǎn)生特定周期頻率波形，完成對(duì)數(shù)字信號(hào)測(cè)試；

（4）NIPXI—5122示波器模塊，用于測(cè)量信號(hào)幅度、正負(fù)脈沖寬度、頻率、周期以及采集信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示等；

（5）NIPXI—6509數(shù)字IO模塊，用于產(chǎn)生模擬仿真波形數(shù)據(jù)；

（6）NIPXI—5401信號(hào)發(fā)生器模塊，用于產(chǎn)生被測(cè)對(duì)象（UUT）數(shù)字IO狀態(tài)置位；

（7）NIPXI—4060數(shù)字萬(wàn)用表模塊，用于測(cè)量信號(hào)電壓（包括直流、交流）和頻率；

（8）NIPXI—4110直流電壓源模塊，產(chǎn)生待測(cè)件的供電電壓。

適配器接口是該系統(tǒng)中完全自主設(shè)計(jì)研發(fā)的部分，亦是關(guān)鍵的組成部分。其采用總線模塊化結(jié)構(gòu)，測(cè)試時(shí)根據(jù)被測(cè)對(duì)象（UUT）選用不同的適配器組件，以完成對(duì)不同信號(hào)的轉(zhuǎn)接控制?？偩€板通過(guò)底板總線，連接PXI測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)對(duì)象。測(cè)試適配器設(shè)計(jì)時(shí)以最簡(jiǎn)化和無(wú)源化為原則，可以針對(duì)不同的被測(cè)對(duì)象，按照統(tǒng)一的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)不同的功能模塊，將系統(tǒng)資源直接連接到系統(tǒng)面板上，降低了因信號(hào)內(nèi)部轉(zhuǎn)接造成的干擾，并具有保護(hù)PXI板卡的功效。通過(guò)采用適配器接口實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接控制系統(tǒng)的通用化、系列化、模塊化，可以縮短自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研制周期，減小開(kāi)發(fā)成本，提高可靠性和可維修性。

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，是最能體現(xiàn)系統(tǒng)功能和特性的平臺(tái)，軟件結(jié)構(gòu)和用戶界面的設(shè)計(jì)好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)有直接的影響。在軟件設(shè)計(jì)中，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用了通用測(cè)試軟件框架，滿足不同被測(cè)對(duì)象對(duì)測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)要求。不同被測(cè)對(duì)象的測(cè)試系統(tǒng)，只是測(cè)試模塊的類型和資源配置不同，而測(cè)試軟件框架中的其他部分不變。

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用美國(guó)NI公司的Lab-VIEW8.6開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)。LabVIEW軟件是一個(gè)基于G語(yǔ)言（GraphicsLanguage，圖形化編程語(yǔ)言）的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言包裝為易于使用的圖形編程語(yǔ)言，具有界面設(shè)計(jì)直觀靈活，數(shù)據(jù)庫(kù)操作簡(jiǎn)單、執(zhí)行速度快，具有強(qiáng)大的函數(shù)模塊庫(kù)，是廣泛的被工業(yè)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。

測(cè)試程序流程設(shè)計(jì)主要依據(jù)系統(tǒng)單元測(cè)試原理來(lái)進(jìn)行，每個(gè)程序模塊由主程序和若干功能子程序模塊組成。當(dāng)改變待測(cè)件UUT或者測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，只需由測(cè)試軟件調(diào)出相應(yīng)程序模塊的主程序即可，而公用的子程序模塊則無(wú)需重新編程，從而提高軟件的開(kāi)發(fā)效率、可移植性和系統(tǒng)的可靠性。

測(cè)試系統(tǒng)中與待測(cè)件UUT有關(guān)的信息均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)測(cè)試所需的各項(xiàng)參數(shù)（模塊性能判據(jù)的指標(biāo)參數(shù)、信號(hào)調(diào)理模塊的參數(shù)配置、測(cè)試通道的配置和測(cè)試的流程順序等），并保存各項(xiàng)測(cè)試的結(jié)果。測(cè)試結(jié)束，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

（1） 系統(tǒng)資源配置模塊。主要負(fù)責(zé)儀器資源配置和測(cè)試通道的選通，根據(jù)任務(wù)屬性設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)提供的任務(wù)編碼，結(jié)合通道配置數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，選通和配置測(cè)試通道和儀器資源，并調(diào)用相關(guān)的儀器驅(qū)動(dòng)，對(duì)儀器資源進(jìn)行初始化工作。如系統(tǒng)無(wú)法完成自動(dòng)配置，通知測(cè)試人員使用手動(dòng)方式完成系統(tǒng)資源的配置。

（2） 激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊。測(cè)試中UUT所需要的激勵(lì)信號(hào)應(yīng)由測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生。激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生接受系統(tǒng)資源配置模塊傳遞來(lái)的測(cè)試激勵(lì)信號(hào)信息，控制相應(yīng)的板卡，為測(cè)試設(shè)備提供信號(hào)激勵(lì)。

（3） 信號(hào)調(diào)理模塊。完成信號(hào)調(diào)理電路的選擇，依據(jù)任務(wù)設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)試參數(shù)屬性，將測(cè)試程序中所申請(qǐng)定義的虛擬資源逐個(gè)進(jìn)行分配，把虛擬儀器的引腳與物理儀器的引腳對(duì)應(yīng)連接，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器與物理儀器之間的對(duì)接。

（4） 測(cè)試數(shù)據(jù)采集模塊。利用配置號(hào)的測(cè)試通道和儀器資源對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的檢測(cè)功能，并向數(shù)據(jù)分析處理模塊傳送測(cè)試數(shù)據(jù)。主要為基于PXI和GPIB標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試儀器和總線架構(gòu)。

（5） 測(cè)試數(shù)據(jù)分析處理模塊。將采集到的數(shù)據(jù)在后臺(tái)進(jìn)行分析和處理，以直觀的形式呈現(xiàn)給測(cè)試人員，并按照設(shè)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)到測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便進(jìn)行查閱或者故障診斷。

4　結(jié)語(yǔ)

本研究具體介紹了電子裝備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)測(cè)試功能良好，可以同時(shí)將供電電壓、波形信號(hào)和自測(cè)試結(jié)果顯示出來(lái)，精確度比較高，并能自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，而且不影響裝備的正常工作，具有較高的實(shí)用性。

鄭忠云，蘇澤娟.淺談PXI總線技術(shù)［J］.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2005，06：21-23.

The design of the universal test system based on PXI bus

Sun Zhijun1，Ji Xiaohui2
（1.Guilin changhai development co.， LTD，541001；2.China electronics import and export corporation，541001）

With the development of electronic technology，electronic system has been widely used in every aspect of people's life，and the requirement for electronic equipment production and testing technology is becoming more and more high.At present，electronic testing content and complex objects，and speed，and other aspects of the requirements of the test users more and more is also high. The traditional manual test is no longer meet the need of the current test，therefore must vigorously research and strengthen the application of automatic test system， in order to improve the test efficiency and quality of work.PXI bus electronic equipment test system based on PXI bus virtual instrument technology，mainly used in electronic equipment test， this study mainly aims at the testing requirements of electronic equipment，design a set of testing equipment based on PXI bus.

based on PXI bus；The test system；design

圖1　系統(tǒng)硬件組成