基于GPIB的多通道采集模塊通用可配置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

唐彬浛 李儀 柳明輝 黃濤

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一套用于多通道采集模塊的通用可配置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)基于GPIB接口的硬件環(huán)境搭建以及軟件控制流程。該系統(tǒng)可支持不同種類(lèi)的多通道采集模塊實(shí)現(xiàn)多套并行、定時(shí)循環(huán)、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、指標(biāo)判定、報(bào)表輸出等功能。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng);GPIB;多通道采集模塊

Abstract：This paper designs an universal configurable automatic test system for multi-channel acquisition modules，and introduces the hardware environment and software control process about this system based on GPIB interface in detail.The system can be used for different kinds of multi-channel acquisition modules，realizing multiple sets of parallel，timing cycle，automatic test，data processing，index determination，report output and other functions.

Key words：Automatic test system;GPIB;Multi-channel acquisition module

多通道采集模塊常用于電子戰(zhàn)設(shè)備中，完成瞬時(shí)帶寬覆蓋下的干涉儀功能，提取通道間的相位差信息和協(xié)方差信息，最終形成PDW報(bào)文輸出給下一級(jí)信號(hào)處理模塊。根據(jù)電子戰(zhàn)裝備型號(hào)的不同，模塊的通道個(gè)數(shù)、指標(biāo)要求以及對(duì)外接口型號(hào)也不同。同時(shí)，為了保障電子戰(zhàn)設(shè)備在各種極端惡劣條件下的正常運(yùn)行，模塊需要進(jìn)行一系列環(huán)境應(yīng)力篩選，并在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行全覆蓋性測(cè)試。傳統(tǒng)的解決方案是，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品特點(diǎn)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的自動(dòng)測(cè)試軟件、搭建專(zhuān)用的硬件測(cè)試環(huán)境。

近年來(lái)該類(lèi)產(chǎn)品呈現(xiàn)出多品種、小批量的生產(chǎn)模式，傳統(tǒng)的解決方案開(kāi)發(fā)代價(jià)高、周期長(zhǎng)，不能快速響應(yīng)測(cè)試需求，形成高效的測(cè)試產(chǎn)出能力。為了支撐生產(chǎn)，急需開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度更高、通用性更好的集成測(cè)試平臺(tái)。

基于以上，筆者開(kāi)發(fā)出了一套基于GPIB接口的多通道采集模塊通用可配置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試人員只需將多件待測(cè)模塊接入系統(tǒng)中，在人機(jī)交互界面設(shè)置好對(duì)應(yīng)參數(shù)，剩下的工作將由主控計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，直到拿到完整的測(cè)試報(bào)告。不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也釋放了大量的人力、物力資源。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試需求分析

該系統(tǒng)主要利用GPIB總線實(shí)現(xiàn)，將多臺(tái)測(cè)試儀器與主控計(jì)算機(jī)用GPIB進(jìn)行連接，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制，再加上其他硬件資源，組建一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

首先是對(duì)測(cè)試儀器的選用，從指標(biāo)測(cè)試需求出發(fā)，目前在產(chǎn)和即將投產(chǎn)的多通道采集模塊常見(jiàn)的指標(biāo)體系包括：頻率覆蓋范圍、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、測(cè)頻精度、鑒相精度、脈寬測(cè)量精度、重頻測(cè)量精度、幅度測(cè)量精度等，選用帶有GPIB接口的信號(hào)源、頻譜儀、電源、示波器即可完成性能指標(biāo)測(cè)試。

其次，從通用和多套并行考慮，模塊常用對(duì)外接口連接器為MLRM或LRM，設(shè)計(jì)一個(gè)通用測(cè)試母板，集成MLRM和LAM連接器各5個(gè)，同時(shí)還包括加電接口和數(shù)據(jù)傳輸接口。若產(chǎn)品更迭，只需靈活開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)母板，即可快速接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)。

最后，從解決資源占用問(wèn)題考慮，一臺(tái)信號(hào)源只能用于一路激勵(lì)信號(hào)輸出，要實(shí)現(xiàn)多套并行，需要人工介入，在測(cè)試過(guò)程中根據(jù)測(cè)試需求實(shí)時(shí)更換電纜、切換通道，造成人力、物力資源的極大浪費(fèi)。筆者在系統(tǒng)中增加開(kāi)關(guān)以及功分器恰好可以解決此問(wèn)題。常見(jiàn)的多通道采集模塊通道數(shù)不超過(guò)8個(gè)，因此選用一分八功分器。開(kāi)關(guān)的增加可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前測(cè)試模塊的選擇。模塊測(cè)試數(shù)據(jù)由串口RS232上報(bào)給主控計(jì)算機(jī)，用MOXA卡對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口擴(kuò)展，獲得5路串口通信。

1.2 系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建

系統(tǒng)硬件連接示意圖如圖1所示，信號(hào)源、頻譜儀、電源、示波器之間用GPIB母線連接，儀器與計(jì)算機(jī)之間利用GPIB-USB-HS連接。硬件連接時(shí)需要注意GPIB總線的傳輸距離最遠(yuǎn)不得超過(guò)20m，且相鄰的測(cè)試儀器之間最好不要超過(guò)2m，系統(tǒng)中每個(gè)測(cè)試儀器的GPIB主地址都是0～31之間的數(shù)，且不能重復(fù)。

時(shí)鐘源可用信號(hào)源或晶振代替，給模塊提供采樣時(shí)鐘。信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)1個(gè)5路開(kāi)關(guān)控制測(cè)試模塊位號(hào)的選通，每一路各接入1個(gè)一分八功分器輸入給對(duì)應(yīng)模塊。電源通過(guò)母板同時(shí)給插入母板的模塊供電。測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)RS232上報(bào)給主控計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)完成測(cè)試數(shù)據(jù)分析、處理、指標(biāo)判定、報(bào)表輸出等功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件需實(shí)現(xiàn)時(shí)間軸控制、產(chǎn)品協(xié)議解析、儀器驅(qū)動(dòng)、指標(biāo)測(cè)試、報(bào)表生成等功能，我們選擇Microsoft Visual Studio 2010為開(kāi)發(fā)環(huán)境、選擇C#為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。C#作為高級(jí)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)可靠高效，非常適合進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。

2.1 功能模塊設(shè)計(jì)

依據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原則我們將系統(tǒng)軟件劃分為以下功能模塊。

2.1.1 可配置接口LoadTestFilePara（）

軟件運(yùn)行時(shí)自動(dòng)從指定路徑的結(jié)構(gòu)化XML文件中解析課題號(hào)、通道數(shù)、測(cè)試頻點(diǎn)、測(cè)試功率、合格判據(jù)等個(gè)性化測(cè)試參數(shù)并傳遞給測(cè)試方法庫(kù)，用戶(hù)通過(guò)編輯XML文件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同課題的產(chǎn)品測(cè)試。

2.1.2 時(shí)間軸控制模塊GenTime（）

通過(guò)多個(gè)定時(shí)器對(duì)加電線程、監(jiān)控線程、測(cè)試線程進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)雜的時(shí)間軸控制，滿(mǎn)足定時(shí)循環(huán)測(cè)試的一鍵式測(cè)試需求。

2.1.3 產(chǎn)品協(xié)議解析模塊GetPDW（）

同時(shí)開(kāi)啟5個(gè)串口線程對(duì)多個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行報(bào)文監(jiān)聽(tīng)和解析，解包邏輯按照產(chǎn)品通信協(xié)議編寫(xiě)，解包結(jié)果實(shí)時(shí)顯示于全脈沖采集窗口。

2.1.4 測(cè)試方法庫(kù)TestZB（）

按照產(chǎn)品規(guī)范對(duì)多通道采集模塊的頻率覆蓋范圍、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、測(cè)頻精度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試方法編寫(xiě)及封裝，測(cè)試時(shí)實(shí)時(shí)將測(cè)試結(jié)果更新于DGV控件上。

2.1.5 儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)InstrumentControl（）

通過(guò)GPIB總線對(duì)程控信號(hào)源和程控電源進(jìn)行控制，支持常見(jiàn)指令如供電開(kāi)關(guān)、射頻信號(hào)開(kāi)關(guān)、頻率功率設(shè)置、脈沖參數(shù)設(shè)置、電流電壓設(shè)置等的下發(fā)。

2.1.6 報(bào)表生成模塊WordSave（）

調(diào)用Microsoft Office Word不合格數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)紅提醒測(cè)試人員進(jìn)行異常處理。調(diào)用Microsoft Office Word交互接口對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行完整準(zhǔn)確的記錄并自動(dòng)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的Word報(bào)表，方便檢驗(yàn)、歸檔與后期追溯。

2.2 測(cè)試流程

軟件流程如圖2所示。

運(yùn)行軟件后軟件主面板如圖3所示。

主界面由菜單欄、測(cè)試配置及控制窗、測(cè)試結(jié)果顯示窗組成。菜單欄可以進(jìn)行儀器和插損配置、全脈沖采集。測(cè)試配置及控制窗可根據(jù)實(shí)測(cè)產(chǎn)品情況設(shè)置對(duì)應(yīng)的測(cè)試信息并控制測(cè)試的執(zhí)行與中斷。測(cè)試結(jié)果顯示窗用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果。

（1）點(diǎn)擊“儀器與插損測(cè)試”，進(jìn)行儀器GPIB地址配置，插損測(cè)試。

（2）選擇產(chǎn)品編號(hào)以便調(diào)取相應(yīng)的測(cè)試配置文件，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際連接情況填寫(xiě)對(duì)應(yīng)序列號(hào)、串口號(hào)，選擇試驗(yàn)項(xiàng)目可確定實(shí)際測(cè)試的性能指標(biāo)選項(xiàng)同時(shí)調(diào)取對(duì)應(yīng)的測(cè)試報(bào)告模板，根據(jù)實(shí)際情況填寫(xiě)測(cè)試參數(shù)，勾選“自動(dòng)保存”。

（3）點(diǎn)擊“設(shè)備初始化”，若失敗，檢查系統(tǒng)連接狀態(tài)。

（4）點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”，開(kāi)啟自動(dòng)測(cè)試線程，測(cè)試結(jié)束后可自動(dòng)生成報(bào)表并儲(chǔ)存。

（5）若產(chǎn)品故障，可點(diǎn)擊“全脈沖采集”，查看實(shí)時(shí)上報(bào)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。

若進(jìn)行高低溫循環(huán)試驗(yàn)，可根據(jù)溫度變化時(shí)間提前設(shè)置產(chǎn)品上下電時(shí)間，測(cè)試時(shí)間，點(diǎn)擊“開(kāi)始循環(huán)測(cè)試”，后續(xù)工作無(wú)需人員參與即可完成整個(gè)試驗(yàn)。同時(shí)增加監(jiān)控功能，若有異?？蓤?bào)警。

3 結(jié)論

本文介紹了一個(gè)基于GPIB的多通道采集模塊通用可配置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并闡述了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和測(cè)試流程。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)通道個(gè)數(shù)、指標(biāo)要求的配置，實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)、多套并行、定時(shí)循環(huán)、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、指標(biāo)合格性判定、測(cè)試報(bào)告輸出等功能。解決了當(dāng)前模塊多品種、小批量生產(chǎn)的測(cè)試需求。

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作者簡(jiǎn)介：唐彬浛（1991—），女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橹性囍圃臁?/p>