多路脈沖時(shí)序模塊單元測(cè)試儀設(shè)計(jì)

王豐

（北京市9200信箱76分箱4號(hào)，北京豐臺(tái)，100076）

0 引言

現(xiàn)階段，在工業(yè)和軍用領(lǐng)域，多路時(shí)序控制功能是最基本和常見(jiàn)的控制方式，很多的自動(dòng)化操作都是依靠精準(zhǔn)的時(shí)序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。為滿(mǎn)足自動(dòng)精準(zhǔn)的控制，多路脈沖時(shí)序控制模塊被設(shè)計(jì)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)的多路數(shù)、復(fù)雜功能的時(shí)序控制。由于多路脈沖時(shí)序控制模塊的功能復(fù)雜，致使如何實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊功能的全部覆蓋測(cè)試成為了難點(diǎn)，僅僅依靠人員的手動(dòng)測(cè)試變得相當(dāng)復(fù)雜，并且測(cè)試的難度隨著通路數(shù)量的增加，呈現(xiàn)幾何量級(jí)的增長(zhǎng)。同時(shí)，在很多的工業(yè)和軍用領(lǐng)域，要求對(duì)模塊在一定溫度變化時(shí)間范圍內(nèi)完成測(cè)試，因此就對(duì)多路脈沖時(shí)序控制模塊的測(cè)試方法提出了更高的要求。

1 設(shè)計(jì)思路

為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的通用化，本設(shè)計(jì)采用PXI總線設(shè)計(jì)，選用航天測(cè)控技術(shù)有限公司的72通道時(shí)序測(cè)量模塊、32通道AD模塊、程控電源模塊、電壓調(diào)理模塊、24通道數(shù)字IO模塊、RS422總線模塊、轉(zhuǎn)接模塊1和轉(zhuǎn)接模塊2。

基于PXI總線結(jié)構(gòu)的測(cè)試設(shè)備，機(jī)箱采用集成化設(shè)計(jì)，集成顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等功能，方便設(shè)備的展開(kāi)、收納和運(yùn)輸。嵌入式CPU為提高運(yùn)行速度和產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，采用工業(yè)級(jí)處理器、固態(tài)硬盤(pán)等。預(yù)留USB接口，可以外界打印機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行打印留存。硬件電路的原理框圖詳見(jiàn)圖1所示[2]。

圖1 測(cè)試儀原理框圖

(1)AD模塊用于對(duì)供電電路的電壓進(jìn)行采集，同時(shí)也用于采集多路脈沖時(shí)序模塊的輸出脈沖波形，用于檢測(cè)輸出信號(hào)是否有電壓波動(dòng)；

(2)數(shù)字IO模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)模塊進(jìn)行控制，通過(guò)電平信號(hào)控制模塊的工作方式，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)向被測(cè)模塊發(fā)送一定頻率和占空比的脈沖信號(hào)；

(3)時(shí)序測(cè)量模塊用于對(duì)被測(cè)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量信號(hào)的脈沖寬度和多路脈沖的時(shí)間間隔[4]；

(4)RS422模塊實(shí)現(xiàn)與被測(cè)模塊進(jìn)行RS422通信；

(5)程控電源模塊主要用于對(duì)被測(cè)模塊的供電，模塊可以實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)定供電電壓、控制電壓的輸出，并實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的回采檢測(cè)，當(dāng)電流輸出超過(guò)設(shè)定的門(mén)限時(shí)，能夠自動(dòng)切斷供電[3]；

(6)電壓調(diào)理模塊主要的功能是用于當(dāng)被測(cè)模塊的輸出電壓較高，超過(guò)AD模塊和數(shù)字IO模塊量程時(shí)，可以以一定比例將電壓信號(hào)降低為測(cè)試量程以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足測(cè)量要求；

(7)轉(zhuǎn)接模塊實(shí)現(xiàn)的功能是實(shí)現(xiàn)線路的擴(kuò)展，供電信號(hào)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(guò)多的跨線，同時(shí)考慮電纜的可靠性，又不允許在電纜的中間單獨(dú)焊接，因此就必須設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)接模塊，用于對(duì)供電信號(hào)進(jìn)行一路轉(zhuǎn)多路；

(8)轉(zhuǎn)接電纜的用途為，將多個(gè)連通各個(gè)板卡之間的信號(hào)傳遞；將板卡與被測(cè)設(shè)備連接在一起；將板卡的小型長(zhǎng)方形接口轉(zhuǎn)換為便于操作的航插接插件；

(9)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器為集成化設(shè)計(jì)，與PXI測(cè)試機(jī)箱集成一體，減少了設(shè)備的連接電纜、方便產(chǎn)品的展開(kāi)收納與攜帶。

被測(cè)件輸出信號(hào)為28V時(shí)序信號(hào)，測(cè)試儀的主要功能是先將需要的數(shù)據(jù)傳輸給被測(cè)件，在啟動(dòng)被測(cè)件工作，輸出定時(shí)脈沖波形，測(cè)試儀檢測(cè)波形時(shí)序和電壓是否符合要求，并給出測(cè)試結(jié)論，工作過(guò)程如下：

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

(2)待供電信息正常后，測(cè)試儀向被測(cè)件輸出寄存器清零指令，包含4個(gè)寄存器，清零信號(hào)為電平信號(hào)，分別通過(guò)數(shù)字IO板卡將28V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)，發(fā)出清零信號(hào)后，檢測(cè)被測(cè)件輸出的零位指示，若由0V變?yōu)?8V，則清零正常；

(3)測(cè)試儀向被測(cè)件發(fā)送數(shù)據(jù)，分為3種數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)通過(guò)占空比為1:4的脈沖產(chǎn)生，由數(shù)字IO板卡將15V電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的波形，每個(gè)脈沖表示0.1s精度，被測(cè)件通過(guò)技術(shù)中斷計(jì)數(shù)識(shí)別數(shù)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和接收；

(4)數(shù)據(jù)接收正常后，通過(guò)數(shù)字IO板卡切換被測(cè)件工作模式，模式1為快速測(cè)試，模式2為慢速測(cè)試，通過(guò)數(shù)字IO板卡發(fā)出高低電平進(jìn)行指示；

(5)測(cè)試儀向被測(cè)設(shè)備發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，為脈沖信號(hào)，通過(guò)數(shù)字IO板卡發(fā)出高低電平進(jìn)行指示；

(6)被測(cè)件開(kāi)始工作，分別在固定時(shí)間間隔，向測(cè)試儀發(fā)送脈沖指令，測(cè)試儀采用時(shí)序測(cè)量模塊對(duì)接收數(shù)據(jù)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，觀察時(shí)間間隔精度是否滿(mǎn)足誤差要求；

(7)在采集信號(hào)時(shí)間的同時(shí)，再通過(guò)AD板卡檢測(cè)電壓的波形，觀察是否被測(cè)件輸出電壓為要求的復(fù)制范圍內(nèi)；

(8)一共檢測(cè)12個(gè)信號(hào)，均合格發(fā)出測(cè)試正常結(jié)論，并提示保存數(shù)據(jù)和斷電操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

本測(cè)試儀的軟件采用NI公司的Labwindows/CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境（下文簡(jiǎn)稱(chēng)CVI），CVI是面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行；采用C語(yǔ)言編寫(xiě)軟件，利用其提供的庫(kù)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)、編輯、編譯、鏈接、調(diào)試。相對(duì)于labview開(kāi)發(fā)環(huán)境，CVI利用編寫(xiě)的軟件，更符合軟件設(shè)計(jì)人員的思路，更有利于軟件的多人協(xié)作開(kāi)發(fā)[1]。

采用CVI編寫(xiě)軟件首先要明確軟件的架構(gòu)，本軟件采用兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)用于定時(shí)采集供電電壓和電流，另一個(gè)進(jìn)程主要用于檢測(cè)、顯示和判斷被測(cè)信號(hào)是否滿(mǎn)足要求。軟件流程圖詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 測(cè)試軟件流程框圖

(1)測(cè)試軟件運(yùn)行后，軟件進(jìn)行初始化設(shè)置，將全局變量、函數(shù)初始化；

(2)對(duì)各個(gè)板卡進(jìn)行初始化，對(duì)AD板卡進(jìn)行校準(zhǔn)，設(shè)置采樣率；對(duì)時(shí)序測(cè)量板卡設(shè)置模式，采用查詢(xún)模式；設(shè)置供電板卡的電壓為28V，設(shè)置限流值1A，防止短路電流過(guò)大；設(shè)置RS422板卡的通信波特率；

(3)通過(guò)數(shù)字IO模塊向被測(cè)設(shè)備發(fā)送信號(hào)，復(fù)位被測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)寄存器；

(4)通過(guò)RS422端口或者脈沖計(jì)數(shù)端口對(duì)被測(cè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)裝訂；

(5)通過(guò)數(shù)字IO模塊向被測(cè)設(shè)備發(fā)送信號(hào)，啟動(dòng)測(cè)試；

(6)通過(guò)時(shí)序測(cè)量板卡檢測(cè)接收信號(hào)的通道和時(shí)間是否滿(mǎn)足要求；

(7)檢測(cè)脈沖信號(hào)的電壓幅度是否滿(mǎn)足要求；

(8)將合格的信號(hào)在前面板顯示結(jié)果，將異常的信號(hào)通過(guò)對(duì)話框進(jìn)行提示；

(9)測(cè)試的同時(shí)，電壓檢測(cè)進(jìn)程一只監(jiān)測(cè)被測(cè)設(shè)備的供電電壓和電流值，防止短路燒壞被測(cè)設(shè)備和測(cè)試設(shè)備，有異常出現(xiàn)則立刻斷電，同時(shí)通過(guò)對(duì)話框提示測(cè)試人員；

(10)當(dāng)檢測(cè)到最后一個(gè)時(shí)序信號(hào)后，提示測(cè)試結(jié)束，軟件斷電，提示是否保存和打印測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試人員依據(jù)需要打印測(cè)試數(shù)據(jù)；

(11)也可以打印以前測(cè)試保存的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以通過(guò)時(shí)間進(jìn)行檢索[5-6]。

軟件采用進(jìn)程1實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制和采集，便于供電出現(xiàn)問(wèn)題后，可以及時(shí)斷電，保護(hù)被測(cè)件安全；其余功能放置于進(jìn)程2中，每個(gè)功能均為按步驟單步執(zhí)行，界面采用表格式，每個(gè)操作的步驟均有執(zhí)行按鈕單步執(zhí)行，同時(shí)采用表格對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀并顯示，識(shí)別方便，正常數(shù)據(jù)顯示未綠色，異常數(shù)據(jù)顯示未紅色，便于識(shí)別，后臺(tái)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(gòu)，便于系統(tǒng)移植。

3 設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)上述的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外觀圖詳見(jiàn)圖3所示。

圖3 多路脈沖時(shí)序模塊單元測(cè)試儀外觀圖

選用某項(xiàng)目的多路脈沖時(shí)序模塊作為被測(cè)件，進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。被測(cè)模塊需要28V供電，需要通過(guò)RS422總線，裝訂三通道時(shí)間間隔，其余時(shí)序均為固定數(shù)值，一共有6個(gè)通道的脈沖數(shù)據(jù)。啟動(dòng)后，6個(gè)通道分別按照時(shí)序發(fā)送脈寬為100μs的正脈沖信號(hào)，信號(hào)幅值為28V。

根據(jù)以上被測(cè)設(shè)備的指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果詳見(jiàn)表1所示。

表1 檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)被測(cè)數(shù)據(jù)可以看出測(cè)試設(shè)備檢測(cè)多路正脈沖信號(hào)可靠有效。

4 結(jié)論

本文所研制的多路脈沖時(shí)序模塊單元測(cè)試儀可以對(duì)多路時(shí)序信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度高、設(shè)備通用性好；設(shè)備集成化設(shè)計(jì)、便于攜帶，具有廣泛的應(yīng)用前景。