多路脉冲时序模块单元测试仪设计

2021-11-28王丰

电子制作 2021年20期

王丰

（北京市9200信箱76分箱4号，北京丰台，100076）

0 引言

现阶段，在工业和军用领域，多路时序控制功能是最基本和常见的控制方式，很多的自动化操作都是依靠精准的时序控制来实现。为满足自动精准的控制，多路脉冲时序控制模块被设计出来，实现的多路数、复杂功能的时序控制。由于多路脉冲时序控制模块的功能复杂，致使如何实现对模块功能的全部覆盖测试成为了难点，仅仅依靠人员的手动测试变得相当复杂，并且测试的难度随着通路数量的增加，呈现几何量级的增长。同时，在很多的工业和军用领域，要求对模块在一定温度变化时间范围内完成测试，因此就对多路脉冲时序控制模块的测试方法提出了更高的要求。

1 设计思路

为实现设备的通用化，本设计采用PXI总线设计，选用航天测控技术有限公司的72通道时序测量模块、32通道AD模块、程控电源模块、电压调理模块、24通道数字IO模块、RS422总线模块、转接模块1和转接模块2。

基于PXI总线结构的测试设备，机箱采用集成化设计，集成显示器、键盘、鼠标等功能，方便设备的展开、收纳和运输。嵌入式CPU为提高运行速度和产品的环境适应性，采用工业级处理器、固态硬盘等。预留USB接口，可以外界打印机对测试数据进行打印留存。硬件电路的原理框图详见图1所示[2]。

图1 测试仪原理框图

(1)AD模块用于对供电电路的电压进行采集，同时也用于采集多路脉冲时序模块的输出脉冲波形，用于检测输出信号是否有电压波动；

(2)数字IO模块用于实现对被测模块进行控制，通过电平信号控制模块的工作方式，同时还可以实现向被测模块发送一定频率和占空比的脉冲信号；

(3)时序测量模块用于对被测模块的输出信号进行检测，测量信号的脉冲宽度和多路脉冲的时间间隔[4]；

(4)RS422模块实现与被测模块进行RS422通信；

(5)程控电源模块主要用于对被测模块的供电，模块可以实现软件设定供电电压、控制电压的输出，并实现对输出电压和电流的回采检测，当电流输出超过设定的门限时，能够自动切断供电[3]；

(6)电压调理模块主要的功能是用于当被测模块的输出电压较高，超过AD模块和数字IO模块量程时，可以以一定比例将电压信号降低为测试量程以内，满足测量要求；

(7)转接模块实现的功能是实现线路的扩展，供电信号需要很多的分支，但是由于接插件线径工艺的要求，不能够过多的跨线，同时考虑电缆的可靠性，又不允许在电缆的中间单独焊接，因此就必须设计一个转接模块，用于对供电信号进行一路转多路；

(8)转接电缆的用途为，将多个连通各个板卡之间的信号传递；将板卡与被测设备连接在一起；将板卡的小型长方形接口转换为便于操作的航插接插件；

(9)键盘、鼠标、显示器为集成化设计，与PXI测试机箱集成一体，减少了设备的连接电缆、方便产品的展开收纳与携带。

被测件输出信号为28V时序信号，测试仪的主要功能是先将需要的数据传输给被测件，在启动被测件工作，输出定时脉冲波形，测试仪检测波形时序和电压是否符合要求，并给出测试结论，工作过程如下：

(1)通过软件控制程控电源模块设置过压和过流保护，再向被测件输出28V供电电压，并检测工作电流是否正常；

(2)待供电信息正常后，测试仪向被测件输出寄存器清零指令，包含4个寄存器，清零信号为电平信号，分别通过数字IO板卡将28V电压转变为脉冲信号，发出清零信号后，检测被测件输出的零位指示，若由0V变为28V，则清零正常；

(3)测试仪向被测件发送数据，分为3种数据，每种数据通过占空比为1:4的脉冲产生，由数字IO板卡将15V电压转换为相应的波形，每个脉冲表示0.1s精度，被测件通过技术中断计数识别数量，实现数据传递和接收；

(4)数据接收正常后，通过数字IO板卡切换被测件工作模式，模式1为快速测试，模式2为慢速测试，通过数字IO板卡发出高低电平进行指示；

(5)测试仪向被测设备发出启动信号，为脉冲信号，通过数字IO板卡发出高低电平进行指示；

(6)被测件开始工作，分别在固定时间间隔，向测试仪发送脉冲指令，测试仪采用时序测量模块对接收数据的时间进行计算，观察时间间隔精度是否满足误差要求；

(7)在采集信号时间的同时，再通过AD板卡检测电压的波形，观察是否被测件输出电压为要求的复制范围内；

(8)一共检测12个信号，均合格发出测试正常结论，并提示保存数据和断电操作。

2 软件设计

本测试仪的软件采用NI公司的Labwindows/CVI开发环境（下文简称CVI），CVI是面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，可以在多种操作系统下运行；采用C语言编写软件，利用其提供的库函数来实现程序的设计、编辑、编译、链接、调试。相对于labview开发环境，CVI利用编写的软件，更符合软件设计人员的思路，更有利于软件的多人协作开发[1]。

采用CVI编写软件首先要明确软件的架构，本软件采用两个进程，一个用于定时采集供电电压和电流，另一个进程主要用于检测、显示和判断被测信号是否满足要求。软件流程图详见图2所示。

图2 测试软件流程框图

(1)测试软件运行后，软件进行初始化设置，将全局变量、函数初始化；

(2)对各个板卡进行初始化，对AD板卡进行校准，设置采样率；对时序测量板卡设置模式，采用查询模式；设置供电板卡的电压为28V，设置限流值1A，防止短路电流过大；设置RS422板卡的通信波特率；

(3)通过数字IO模块向被测设备发送信号，复位被测设备的数据寄存器；

(4)通过RS422端口或者脉冲计数端口对被测模块进行数据装订；

(5)通过数字IO模块向被测设备发送信号，启动测试；

(6)通过时序测量板卡检测接收信号的通道和时间是否满足要求；

(7)检测脉冲信号的电压幅度是否满足要求；

(8)将合格的信号在前面板显示结果，将异常的信号通过对话框进行提示；

(9)测试的同时，电压检测进程一只监测被测设备的供电电压和电流值，防止短路烧坏被测设备和测试设备，有异常出现则立刻断电，同时通过对话框提示测试人员；

(10)当检测到最后一个时序信号后，提示测试结束，软件断电，提示是否保存和打印测试数据，测试人员依据需要打印测试数据；

(11)也可以打印以前测试保存的测试数据，可以通过时间进行检索[5-6]。

软件采用进程1实现对电压的控制和采集，便于供电出现问题后，可以及时断电，保护被测件安全；其余功能放置于进程2中，每个功能均为按步骤单步执行，界面采用表格式，每个操作的步骤均有执行按钮单步执行，同时采用表格对接收的数据进行判读并显示，识别方便，正常数据显示未绿色，异常数据显示未红色，便于识别，后台数据的存储采用txt自定义格式，体积小，不占用空间，读速度快软件采用成熟的MFC架构，便于系统移植。