基于PXI和GPIB总线电路测试系统的开发与设计

引言

　　传统的电路性能检测采用人工检测来检定电路是否合格，主要存在以下弊端：第一，在测试过程中频繁地更换仪器和被测对象的连线，操作仪器不断地完成整个测试过程，后续还需要人工进行数据统计分析和编写检测报告等工作，耗费大量的时间，不能适应部队武器装备的快速化保障需求；第二，这种传统检测方法不具备自动化操作，在测试过程中对测试人员的依赖性较强，要求测试人员熟练掌握测试流程，而且在测试和后续数据处理过程中难免引入人为误差；第三，由于电路通常都需要完成多个项目的测试，测试过程极其繁琐和枯燥，劳动强度大，而且频繁操作和误操作容易损坏贵重仪器。

　　自动化测试系统(automatic test system，ATS)是指：测试仪器在计算机的控制下，向被测对象按照一定的时序和顺序提供激励，同时对被测对象在该激励下的响应进行测量的系统。 GPIB，VXI，PXI是目前自动测试系统较常用标准总线，这几种总线构建的测试平台比较如表1所示。1980年代VXI的出现，将高阶量测与测试应用的设备带进了模块化的阶段。VXI的价格较高，随着技术发展，PXI延续模块化的精神，以较紧实的架构设计、较快的总线速度，以及较低的价格，提供量测与测试设备一个新的选择。GPIB是控制器和可编程仪器之间通信的一种总线协议，也称为IEEE2488标准，因其使用简单、传输速率高而被广泛应用，随着 IEEE488标准的完善，GPIB总线传输速率的提高以及带GPIB接口的仪器成本不断下降。PXI和GPIB为目前工业上普遍采用的测试总线，其性能稳定、操作方便、组建灵活、设备利用率高、价格低廉，适合于组建性价比高的自动测试系统。另外，虚拟仪器技术的飞速发展和不断完善，LabVIEW软件平台的图形化操作界面，都非常有利于工程师们迅速的掌握设计编程方法，又好又快地完成项目任务，因此虚拟仪器技术在工业测量领域也得到了广泛的应用。

　　因此本文提出了基于LabVIEW平台的PXI加GPIB总线的测试系统。

　　GPIB总线的自动测试系统的设计思想，即借助LabVIEW开发平台，采用虚拟仪器的软件设计方法，通过GPIB总线接口和相应的控制电路，实现工控机对各种测试仪器的实时控制，完成对被测电路各项性能指标的自动化测试，并充分发挥工控机自动分析和处理数据的能力，最后将数据以电子文档形式保存后生成测试报表打印出来。

　　1 测试系统方案设计

　　1．1 总体框架设计

　　该测试系统在硬件设计上采用PXI和GPIB总线接口、数据采集卡和相应的继电器控制电路，实现工控机对各种测试仪器的实时控制。在软件设计上通过 LabVIEW开发平台，采用虚拟仪器的软件设计方法，将工控机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，并通过软件实现对数据的分析、显示以及存储，解决了在LabVIEW中实现数据库管理的技术问题。

　　测试过程要以自动测试的方式完成。

　　自动测试主要采用NI公司的相关PXI板卡在默认设置状态下完成检测工作，设计思路是通过数字I／O口控制继电器的打开和闭合来控制测试设备的连接。等所需的测试项目连接好后，再通过LabVIEW的编写的数据采集处理程序获得测量数据，在显示界面显示测量结果，便于用户分析处理，得出相应的结论，最后把测量结果保存在数据库中，便于以后调出来进行分析和写测试报告。

　　1．2 信号调理单元设计

　　被测电路中有多路差分输入信号，使用信号源产生模拟信号时，需要进行差分转换，差分转换电路如图1所示。

　　分析如下：

经过实践验证该电路方案是可行的。

　　1．3 测控设备硬件

自动测试主要使用的设备是NI公司的PXI设备，采用PXI-1042机箱和PXI-8196控制器实现测量控制。PXI-8196控制器为2．O GHz Intel Pentium M760处理器的嵌入式控制器，具备双信道DDR2内存，最大内存容量为2 GB，集成4个USB 2．0连接端口、一个GPIB接口，以及串行端口和并行端口，预装Microsoft WindowsXP Professional操作系统，用于需要大量分析工作或系统开发的应用环境，例如ATE、军事／航天、通信、工业及消费电器应用。数据采集卡选用NI 公司的PXI-6259数据采集模块，该数据采集卡有16位1 MS／s(多通道)，1．25 MS／s(单通道)，32 SE／16 DI，48路数字I／O定时硬件(≥10 MHz)，TTL电平，4路16位模拟输出(2．8 MS／s)，输出范围-10～+10 V。任意波形发生器选用NI公司的PXI-5412，能提供-6～+6 V信号，给被测试的各个信号通道提供正弦、方波等信号。示波器PXI-5152有2个单端输入的通道，每个通道具有1 GS／s实时采样率。动态信号分析仪选用NI公司的PXI-4461，具有2个差分输通道，2个模拟输入通道；通道的实时采样率