基于PXI總線的自動測試設(shè)備設(shè)計

◇中國航空工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所 張經(jīng)宇

本文介紹了基于PXI總線技術(shù)的電子設(shè)備自動測試設(shè)備，實現(xiàn)了設(shè)備的自動化測試，保證了測試的可靠性，提高了測試效率，并且通過對設(shè)備軟件進(jìn)行升級可以擴(kuò)充其使用功能，具有良好的可擴(kuò)展性。

1 引言

隨著電子產(chǎn)品功能日趨復(fù)雜，功能不斷豐富，向高密度、多功能和低成本方向發(fā)展，制造周期大大縮短，成品率要求不斷提高，自動化測試是必然發(fā)展趨勢，能夠有效降低成本，提高測試效率和準(zhǔn)確率。本文提出的測試系統(tǒng)方案是基于PXI總線技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)，利用工業(yè)控制計算機配上相應(yīng)的軟硬件，形成多功能測試設(shè)備[1]，具有模塊便于復(fù)用、擴(kuò)展性強、可靠性高、使用方便等優(yōu)點，減少了用戶開發(fā)時間。PXI是由NI公司提出的開放性儀器總線規(guī)范，具有強大的軟件開發(fā)和系統(tǒng)兼容性能。

2 系統(tǒng)組成及功能

測試設(shè)備的主要功能是對包括數(shù)字信號、模擬信號、標(biāo)準(zhǔn)總線信號和非標(biāo)準(zhǔn)圖像等在內(nèi)的各種被測信號進(jìn)行實時、快速、準(zhǔn)確、可靠地采集，同時在計算機界面上將結(jié)果同步實時顯示，根據(jù)用戶需要進(jìn)行存儲和回放圖像和數(shù)據(jù)。設(shè)備通過采取屏蔽、接地和濾波等措施保證良好的電磁兼容性，既不受測試環(huán)境周圍的電磁干擾，也不對被測產(chǎn)品或其他設(shè)備造成干擾。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

設(shè)備以使用PXI總線的工業(yè)控制計算機為基礎(chǔ)，由供電單元、數(shù)據(jù)采集單元和信號調(diào)理單元等組成，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集單元完成模擬信號采集、RS-422通信、LVDS圖像采集、生產(chǎn)測試用激勵信號、DSP/FPGA測試等功能；信號調(diào)理單元將送往或者來自數(shù)據(jù)采集單元的信號按照要求進(jìn)行相應(yīng)的隔離、放大/衰減、驅(qū)動或轉(zhuǎn)接等處理后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集控制單元或輸出到被測產(chǎn)品；供電單元為產(chǎn)品提供+27V等可調(diào)穩(wěn)壓電源，電源之間相互獨立。

（1）數(shù)據(jù)采集單元。PXI工控機作為數(shù)據(jù)采集單元的核心，是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出和控制板卡的硬件平臺，實現(xiàn)各種測試和控制功能。數(shù)據(jù)采集控制單元硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PXI計算機結(jié)構(gòu)示意圖

a、PXI計算機。PXI計算機總線上配置RS422通信、模擬信號采集、數(shù)字圖像采集等功能模塊，機箱需要4槽以上，因此選用NI公司的9槽PXIe-1078機箱，它結(jié)合了PXI Express背板設(shè)計，將PXI Express連接到每個插槽中，能夠滿足擴(kuò)展的需要。

主控計算機選用NI公司的PXIe-8840控制器，處理器為酷睿TMi7 5700EQ，包含兩個10/100/1000BASE-TX以太網(wǎng)端口，兩個USB3.0端口和四個USB2.0端口以及一個集成硬盤驅(qū)動器和其他外設(shè)I/O。

b、AD采集卡。選用NI公司的PXI-6259多功能高速采集卡，完成被測產(chǎn)品輸出的模擬信號采集。該卡的分辨率為16bit，采樣頻率為1.25Mb/s，可配置成32個單端或者16個雙端差分輸入通道，提供48個可分配的數(shù)字IO接口和2個32bit、80MHz通用定時器，提高了系統(tǒng)集成度。

c、RS422接口卡。選用NI公司的PXI-8431接口卡，與被測產(chǎn)品進(jìn)行通訊，選用波特率為460.8kHz。接口卡波特率最高可達(dá)3Mb/s，發(fā)送/接收FIFO為128B，使用內(nèi)存映射技術(shù)防止資源沖突。

d、LVDS圖像采集卡。選用NI公司的PXI-1422接口卡，通過LVDS接口接收視頻設(shè)備輸出的數(shù)字圖像，采樣時鐘為40MHz，數(shù)據(jù)寬度為16bit[2]。產(chǎn)品輸出圖像幀頻為50Hz，分辨率為320*256，每個像素為16bit，數(shù)據(jù)速率為7.8125Mbytes/s。PXI-1422卡支持132MB/s的PXI總線吞吐速度，硬盤速率最大達(dá)到150MB/s，采集和存儲都能滿足要求。

e、信號產(chǎn)生單元。選用泰克公司2通道AFG3022任意波形/函數(shù)發(fā)生器，輸出信號最高頻率為25MHz，包括任意波形發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、脈沖/脈沖串發(fā)生器、觸發(fā)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器等，可以提供標(biāo)準(zhǔn)波形、脈沖和任意波形，選用USB方式與工控機連接。發(fā)生器只輸出單端信號，需要經(jīng)過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為差分信號。

（2）信號調(diào)理單元。設(shè)備測試的信號包括模擬和數(shù)字信號、單端和差分信號，且傳輸距離較長，為了避免干擾，提高設(shè)備可靠性，需要將信號經(jīng)過調(diào)理后再輸入到采集單元。

a、AD信號調(diào)理板。產(chǎn)品輸出的信號以及工作所需的+28V、±20V電源信號，電壓值都超過PXI-6259測量范圍，需要對信號進(jìn)行衰減后輸出到采集板進(jìn)行處理。

b、圖像調(diào)理板。產(chǎn)品輸出的圖像數(shù)據(jù)采用串行LVDS協(xié)議，而PXI-1422采集卡只能采集16bit的并行數(shù)據(jù)，所以首先要由圖像調(diào)理板完成串并轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖3 圖像調(diào)理板示意圖

圖4 設(shè)備軟件框圖

（3）供電電源單元。供電單元在測試過程中給被測產(chǎn)品提供正常工作所需電源（+28V等），為保證產(chǎn)品安全，電源模塊需要具有過流和過壓保護(hù)等功能，設(shè)備選用4NIC-CK系列電源，電源具有RS485接口，利用該接口可以將4NIC-CK電源與計算機連接，進(jìn)行雙向串行通訊，實現(xiàn)對電源的實時監(jiān)控[3]。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件主要功能包系統(tǒng)自檢，電壓和電流監(jiān)控，向產(chǎn)品發(fā)送控制指令，接收并解析產(chǎn)品返回的信息，實時采集并存儲數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與回放（圖4）。

圖5 設(shè)備軟件框圖

圖像采集軟件控制圖像采集卡對產(chǎn)品圖像進(jìn)行實時采集。系統(tǒng)采用PXI-1422，該卡的工作模式包括采集單幅圖像、序列圖像和循環(huán)圖像。設(shè)備需要連續(xù)采集圖像，所以選擇循環(huán)獲取圖像的工作方式。圖像采集流程如圖5所示。

3 結(jié)語

本文設(shè)計的測試設(shè)備以PXI總線工控機為核心，實現(xiàn)了產(chǎn)品的多功能測試，提高了測試和故障處理效率，大幅提升了測試工作質(zhì)量，后續(xù)可以通過增加PXI板卡和升級軟件的方法擴(kuò)充功能，具有較好的可擴(kuò)展性。