GPIB技術(shù)在數(shù)字電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馮菲菲

摘 要：數(shù)字電路在社會(huì)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，其復(fù)雜程度越來(lái)越高，這給數(shù)字電路的系統(tǒng)故障檢測(cè)帶來(lái)了較大的難題。NI檢測(cè)技術(shù)操作復(fù)雜并且成本較高，適用范圍比較狹窄。因此，本文設(shè)計(jì)了基于GPIB技術(shù)的數(shù)字電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，從系統(tǒng)硬件和軟件兩個(gè)部分著手，采用偽窮舉法對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確保設(shè)計(jì)出的測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際數(shù)字電路使用需求。

關(guān)鍵詞：GPIB技術(shù);數(shù)字電路;自動(dòng);測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP274.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）31-0008-03

Application of GPIB Technology in the Design of Digital

Circuit Automatic Test System

FENG Feifei

（Zhongshan Cemetery Administration Bureau，Nanjing Jiangsu 210000）

Abstract： Digital circuits play an important role in social production，with the continuous development of society， its complexity is getting higher and higher， which brings great problems to the system fault detection of digital circuits. NI detection technology is complex and costly， and its scope of application is relatively narrow. Therefore， this paper designed a digital circuit automatic test system based on GPIB technology，and started with the two parts of the system hardware and software， and used the pseudo-exhaustive method to test the test system to ensure that the designed test system can meet the actual digital circuit usage requirements.

Keywords： GPIB technology;digital circuits;automatic;test system

數(shù)字電路的出現(xiàn)給我國(guó)許多領(lǐng)域造成了非常大的沖擊，在日常生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生了非常大的影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，數(shù)字電路系統(tǒng)更加煩瑣，這給數(shù)字電路設(shè)計(jì)規(guī)劃和故障檢測(cè)帶來(lái)較大的難題。為了解決這樣的問(wèn)題，確保數(shù)字電路能夠穩(wěn)定運(yùn)行，人們要加強(qiáng)數(shù)字電路系統(tǒng)測(cè)試?，F(xiàn)階段，比較著名的數(shù)字電路檢測(cè)方式是德科技等公司研制的NI檢測(cè)技術(shù)，然而該檢測(cè)方式成本較高且使用難度較大，不具有普遍適用性[1]。為此，本文提出了基于計(jì)算機(jī)USB接口的GPIB檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合被檢測(cè)電路的雷達(dá)特征，構(gòu)建了集合計(jì)算機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)算法以及軟件的綜合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件組成部分

通常情況下，計(jì)算機(jī)設(shè)備與檢測(cè)儀器主要通過(guò)總線連接起來(lái)。目前，常用的總線技術(shù)較多，有VXI總線、PXI總線、GPIB總線等，其在數(shù)字電路系統(tǒng)檢測(cè)中具有非常廣泛的應(yīng)用[2，3]。以GPIB技術(shù)創(chuàng)建的檢測(cè)儀器具有運(yùn)行可靠、檢測(cè)準(zhǔn)確、易于操作以及制作成本低等優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用在小規(guī)模的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測(cè)中。筆者設(shè)計(jì)的數(shù)字電路檢測(cè)系統(tǒng)主要采用GPIB技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)設(shè)備與檢測(cè)儀器之間的連通。

數(shù)字電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由多個(gè)部分構(gòu)成，通常包含主控計(jì)算機(jī)、GPIB控制裝置、能夠與GPIB連接的檢測(cè)設(shè)備等[4]。本試驗(yàn)采用基于USB數(shù)字量的I/O模塊，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)信息雙向快速傳輸，同時(shí)每個(gè)方向的存儲(chǔ)大小可以達(dá)到4096kbps，信息輸送速率也能夠達(dá)到50MHz。數(shù)字電路檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成部分如圖1所示[5]。

該模塊是以USB接口為媒介和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行連通的，通過(guò)執(zhí)行測(cè)試軟件的程序命令，能夠產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，并將該信號(hào)導(dǎo)入測(cè)試系統(tǒng)中，對(duì)數(shù)字電路出現(xiàn)的反饋信息和檢測(cè)位置的數(shù)字信息進(jìn)行收集。

通常，檢測(cè)裝置包含示波器、萬(wàn)用表等設(shè)施。對(duì)數(shù)字電路需要提供的電源電壓進(jìn)行計(jì)算，得出程控電源可以滿足±5V、±12V，總輸入功率設(shè)置為30W。此外，測(cè)試期間還需要對(duì)一些模擬信息進(jìn)行檢測(cè)，所以示波器應(yīng)該選擇數(shù)模混合型。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 確定目標(biāo)群體

本試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行載體選擇美國(guó)微軟公司的Windows操作系統(tǒng)，軟件部分選擇虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW上的圖形編程模式。該平臺(tái)是美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（National Instruments，NI）旗下專門(mén)為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測(cè)服務(wù)的檢測(cè)平臺(tái)，并涵蓋了硬件部分的執(zhí)行程序，設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將不同形式的總線儀器整合到LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)中[6，7]。數(shù)字電路檢測(cè)系統(tǒng)軟件組成部分如圖2所示。

從圖2可以看出，測(cè)試系統(tǒng)軟件主界面包含應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序兩大板塊。其中，應(yīng)用程序包括IVI系統(tǒng)、功能測(cè)試模塊、故障診斷模塊以及測(cè)試報(bào)告生成四個(gè)部分：數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序包含用戶信息庫(kù)、儀器信息庫(kù)、電路模型庫(kù)、電路故障庫(kù)以及測(cè)試狀態(tài)信息庫(kù)五個(gè)部分。在檢測(cè)系統(tǒng)初始階段以及完成階段，應(yīng)用程序會(huì)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，并在數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序的幫助下獲取需要的信息資源。例如，IVI系統(tǒng)在開(kāi)始階段需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取儀器信息資源。

在進(jìn)行應(yīng)用程序規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，通常選取“主模塊+功能插件”的方式進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，主模塊表示應(yīng)用程序的主體架構(gòu)，功能插件則表示依附于應(yīng)用程序、有自身專屬功能的模塊，例如，圖2中應(yīng)用程序下面顯示的4個(gè)部分均為功能插件。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，為滿足不同狀態(tài)下的測(cè)試需求，要隨時(shí)對(duì)功能模塊和函數(shù)值進(jìn)行更改。

3 測(cè)試方法

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示。開(kāi)始檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)先進(jìn)行自檢，確定設(shè)備能夠正常運(yùn)行后進(jìn)行功能檢測(cè)，功能檢測(cè)正確則生成檢測(cè)報(bào)告，假如功能檢測(cè)不正常，系統(tǒng)將進(jìn)入故障診斷環(huán)節(jié)，再生成檢測(cè)報(bào)告。從開(kāi)始檢測(cè)到完成檢測(cè)，功能測(cè)試主要負(fù)責(zé)驗(yàn)證電路板能否正常工作，故障診斷功能主要負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行的主要問(wèn)題并進(jìn)行定位。

本試驗(yàn)檢測(cè)采用的方法為偽窮舉法，這種測(cè)試方法是以窮舉法為載體而優(yōu)化改進(jìn)的。窮舉法可以理解為在進(jìn)行數(shù)字電路的輸入矢量計(jì)算時(shí)要考慮全部可能發(fā)生的狀況。眾所周知，數(shù)字電路的運(yùn)行狀態(tài)包含有0、1，因此，n個(gè)輸入?yún)?shù)就能夠產(chǎn)生2n倍個(gè)測(cè)試矢量。這種檢測(cè)方法能夠檢測(cè)出數(shù)字電路中的全部故障，然而，當(dāng)將窮舉法應(yīng)用到大規(guī)模數(shù)字電路時(shí)，運(yùn)行過(guò)程會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間[8]。偽窮舉法對(duì)窮舉法的檢測(cè)思路進(jìn)行改進(jìn)，將待檢測(cè)電路分成若干部分，用窮舉法對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行檢測(cè)，從而有效降低測(cè)試矢量數(shù)量，提高檢測(cè)速度。

4 結(jié)語(yǔ)

基于GPIB技術(shù)的數(shù)字電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠有效地解決NI檢測(cè)技術(shù)不能處理的難題，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)成本低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，加強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件和軟件部分的合理設(shè)計(jì)，是確保自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提，可以為數(shù)字電路朝更高層次發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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