基于VXI-GPIB總線的自動測試系統設計與實現

楊 彪 高 優 姚莉娟

（中航工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710119）

基于VXI-GPIB總線的自動測試系統設計與實現

楊 彪 高 優 姚莉娟

（中航工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710119）

VXI總線接口結構緊湊、標準開放、數據吞吐能力強、模塊可重復使用，GPIB標準總線作為一種成熟完善的標準儀器總線，在高頻、微波頻段的自動化測量領域是一種不可缺少的儀器總線技術。GPIB標準總線與VXI總線在系統應用中，無論在軟件還是硬件，都有著天然的兼容性和互補性。實踐證明基于 VXI-GPIB總線開發的自動測試系統（ATS）能夠滿足用戶使用要求。

ATS；VXI總線；GPIB總線

1 引言

隨著航空電子設備技術的不斷提升，綜合化機載電子設備大量使用，對電子設備的檢測提出了更高的要求。專用測試設備本身存在的固有缺陷，如軟硬件兼容性差、品種繁多通用性差、測試效率低、機動性差等，導致無法滿足部隊提出的增強可靠性、縮短檢測維護時間、提高機動性、通用性及降低研發成本以適應現代化戰爭的需求。在這種情況下，開發一種能彌補以上專用測試設備缺陷的自動測試系統勢在必行。本文從工程角度出發介紹一種基于VXI-GPIB混合總線的自動測試系統（ATS）的開發思路及實現方法。

2 系統硬件結構

自動測試系統采用通用的VXI總線結構,以VXI測試設備為主，輔以控制設備等其它設備,主要的功能塊有：

2.1VXI測試設備

包括VXI智能機箱及其中的VXI儀器模塊和外部測試夾具，VXI機箱選用C尺寸13槽Agilent E8403，具有電源監控、溫度監控及智能環控功能。設備內部采用VXI標準總線，根據測試的最大需求，選用標準的VXI測試模塊進行集成，其中零槽控制器選用C尺寸單槽Agilent E8491B，能夠提供VXI零槽及資源管理器功能，通過標準的IEEE-1394總線（火線）直接將控制計算機和VXI主機箱連接起來，使得計算機能夠直接訪問VXI背板，使外置計算機的功能達到嵌入式計算機的功能。矩陣開關選用C尺寸單槽Agilent E1466，這款4×64的雙線開關矩陣可隨處轉換每個交叉點。E1466在STTE中共兩塊，起到開關切換的作用，主要應用于視頻切換測試和422總線測試，矩陣開關的行掛載示波器、萬用表等儀器。模擬量輸出卡選用C尺寸單槽Agilent E1418A，具有16路16位分辨率的獨立模擬輸出通道，具有輸出信號自動校準功能，每一個通道都可設置成測量電壓輸出的電壓或電流模式。數字IO卡選用C尺寸單槽Agilent E1458A，具有12個8位雙向數據端口，可提供塊存儲傳輸以及6個GPIO握手協議，每一個端口包括8條數據線和6條握手/控制線，它主要應用于數字I/O控制，如數字組件測試或數據采集控制，8位端口獨立配置為正/負邏輯、讀/寫或三態條件，板卡分配成3個bank，而每個bank包括4個端口，允許數據以比特、字（16位）或長字（32位）進行傳輸。各個VXI儀器模塊在機箱中通過VXI總線相連，為被測設備提供激勵信號并采集相應的響應信號，其中零槽控制器在測試系統中起到橋梁作用，負責連接工控機與各VXI板卡，并控制其工作。

2.2視頻顯示控制設備

包括MFCD、視頻信號發生器和視頻轉換盒。MFCD是一個“6×8”高分辨率、高亮度的彩色液晶顯示器,用于視頻輸出，視頻信號發生器選用Fluke 54200，用于視頻信號的輸入源，視頻轉換盒用于視頻格式的轉換。

2.3測量設備

包括示波器、萬用表。示波器選用Agilent DSO7052A，具有2個模擬通道、500MHz帶寬、4 GSa/s采樣率、256級灰度的12.1英寸XGA顯示屏、每秒100000次波形更新速率，主要用于RS422測試、語音報警測試、和故障診斷及排故，采用USB與LAN并行控制的方式。萬用表選用Agilent 34410A，能夠測量高性能交流和直流、電阻等，它具有GPIB (IEEE-488)、 USB和 LAN三個標準遠程接口，還具有數據記錄儀功能，帶有50K讀數的非易失存儲器，用于電壓輸出的測量和系統的故障診斷及排故。

2.4供電設備

包括不間斷電源（UPS）、3通道直流電源、程控電源電源。UPS為系統提供斷電保護，UPS內置兩組電池，功率2100瓦，在斷電情況下可以為STTE持續供電10分鐘。3通道直流電源選用 Agilent E3631A，主要為調理箱中的調理板供電，電源輸出參數為：+5V/1A（量程為+6V）、+9V/0.5A(量程為+25V)、-9V/0.5A(量程為-25V)。程控電源選用Agilent 6653A直流電源，具有遠地編程和檢測、低波紋低噪聲、SCPI編程等特點，主要給被測件和MFCD供電。

2.5接口適配器

選用VPC 9025，它包括連接有裝在機柜上的VPC-Receiver和與線纜連接的 VPC-ITA端組成，使用時將 VPC-ITA與VPC-Receiver對接即可，在接收器插件上有高頻、低頻、電源和功率等各種插針組成的插針陣列,一端用于連接適配器插件,另一端連接到被測件,具有可靠性高、靈活性強及保護性好的特點。VPC上共分5塊連接塊，用于測試系統的檢修，分別為“A”、“B”、“C”、“D”和“E”。其中E上為電源，其余四個連接上的插針型號相同。

2.6斷點板

主要用于測試設備的維護，檢測測試設備上的信號連接，且對斷點板的測量點進行操作時不會影響被測件及自動測試系統的正常運行，斷點板上共有200個插頭，分別可以控制200路信號。插頭的左側連接測試系統，右側連接被測件。在測試時，如果發現某路信號異常，便可用儀器在指定通道的插頭上進行排故，確定測試系統是否輸出信號，輸出的信號是否符合要求，也可以通過斷點板給被測件外加信號。

2.7控制系統

采用配置先進的工控機，并配置了RS-422接口、GPIB接口、Fireware接口、1553B總線接口。選用MOXA公司CP-132串口卡，通過板卡上的工作狀態開關，指定串口卡的前3個通道為RS-232模式，后5個通道為RS-422模式，5路RS-422接口用于被測件的422通訊測試。GPIB接口選用基于PCI總線的Agilent 82350B，用于示波器、數字萬用表等臺式儀器控制，傳輸速率高達900Kb/s，用于工控機與3通道直流電源、程控電源、示波器、萬用表儀器之間的通訊。工控機中的Fireware接口是一塊PCI總線插卡，用于工控機和VXI系統之間的通訊，使得計算機能夠直接訪問VXI背板，使外置計算機的功能達到嵌入式計算機的功能。1553B總線接口由EXC-1553 PCI卡提供BC和RT功能，通過總線電纜和耦合器分別與被測件面板的A1、B1連接，進行總線的測試。具體系統組成框圖如圖1所示。

圖1　系統結構框圖

3 系統工作原理

機載任務計算機是飛機航電系統的控制和管理核心,主要實現航電系統的通訊管理、任務計劃和飛行計劃管理、火控計算、輔助導航、語音告警、綜合顯示管理及飛行員接口控制等。主要待測項目包括CPU自檢、離散量輸入測試、離散量輸出測試、模擬量輸入測試、RS422總線通訊測試、1553B總線通訊測試、視頻切換測試、語音告警測試、電源拉偏測試、整機功率測試。具體每個待測項目工作原理如下：

3.1CPU自檢

ATS向被測件的CPU模塊發送自檢命令，并將自檢結果反饋給ATS，并判斷正確性。

3.2離散量輸入測試

ATS向被測件的每個離散量通道輸入相應狀態的信號，ATS運行測試程序采集離散量輸入的狀態，如果離散量輸入有變化，就把采集到的離散量輸入反饋給測試設備，ATS根據接收到的信號和系統控制的信號的一致性，以判斷離散量輸入通道的正確性。

3.3離散量輸出測試

ATS控制被測件輸出離散量到ATS，ATS檢查離散量輸出的狀態是否和ATS的控制一致，以判斷離散量輸入通道的正確性。

3.4模擬量輸入測試

ATS向被測件的每個模擬量通道輸入相應狀態的信號，ATS運行測試程序采集模擬量輸入的狀態，如果模擬量輸入有變化，就把采集到的模擬量輸入反饋給測試設備，ATS根據接收到的信號和系統控制的信號的一致性，以判斷模擬量輸入通道的正確性。

3.5RS422總線通訊測試

ATS向被測件的每路RS422接口發送數據，檢查發送的數據與接收到的數據是否一致，以判斷RS422總線通道的正確性。

3.61553B總線通訊測試

ATS的仿真卡向被測件的MBI模塊發送上下網指令,并仿真它機設備向被測件發送數據包,被測件接收到后再回送至ATS以判斷通信是否正確。

3.7視頻切換測試

視頻信號自動測試系統的視頻信號發生器提供,通過被測件的視頻矩陣切換后,信號輸出至自動測試系統的監視器和來顯示,由操作者觀察顯示圖像的正確性。

3.8語音告警測試

ATS控制被測件輸出語音告警信號，并通過音響播放，測試者傾聽音箱語音告警，判斷是否與狀態提示一致。

3.9電源拉偏測試

ATS通過程控修改被測件外部輸入電壓值到+18V、+28V、+32V、并分別加電，檢查被測件是否能夠正常工作。

3.10整機功率測試

ATS通過電流表對WMMC整機運行的電壓電流進行測量，并計算出功率值。并判斷功率值是否在合格判據范圍內。

4 軟件設計

ATS軟件由系統軟件、測試應用軟件、自檢軟件組成，具體如下：

4.1系統軟件

包括Windows XP操作系統、各模塊的設備驅動程序。設備驅動程序包括RS-422、GPIB、1553B設備驅動程序，模擬量輸出卡、數字I/O轉換卡等設備驅動程序。

4.2測試應用軟件

測試應用軟件基于LabVIEW8.6平臺開發，主要實現被測件功能測試、數據管理和系統幫助，功能測試用來測試被測件綜合能力，通過向被測件發送模擬數據和指令，被測件運行應用軟件，判斷能否正常工作來完成功能測試。功能測試包括測試項目選擇、參數設置、儀器控制、數據采集和處理、分析和顯示、波形輸出等功能，是整個測試系統的核心。數據管理實現對測試數據的管理和維護，生成測試結果的報表和數據回調。系統幫助用于對用戶進行系統介紹及操作指導。

4.3自檢軟件

系統的自檢測試軟件包括：啟動自檢測試軟件和維護自檢測試軟件。啟動自檢測試是指當系統進行測試工作周期之前進行的自檢測試；維護自檢測試主要用于維護狀態的測試，是指當系統處于正常工作狀態時，根據操作員的請求而進行的自檢測試。軟件結構框圖如圖2所示。

圖2　軟件結構框圖

打開軟件，首先進入登陸界面，登陸信息包括用戶名、密碼以及待測件編號，在確認登陸信息之后，系統自動運行啟動自檢軟件，完成對測試設備系統硬件的自檢，以確保該系統的正常運行。當懷疑設備運行不正常時，運行維護自檢軟件檢測該設備，以確認儀器是否故障，方便進一步排除故障。儀器的自檢是通過GPIB或LAN發送儀器自檢指令實現的，數據采集卡的自檢是通過軟件調用采集卡自帶的自檢函數來實現，自檢完成后進入測試應用軟件界面，如圖3所示。

圖3　測試應用軟件界面

5 結論

本文介紹的自動測試系統以VXI總線技術為主，GPIB總線技術為輔，提高了系統測試的機動性、靈活性、快速性和可靠性，并且能夠快速進行故障定位，同時也大大降低了測試人員勞動強度，目前已投入使用。

[1] 李行善,左毅,孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京:電子工業出版社,2011.

[2] 牛文生.機載計算機技術[M].北京:航空工業出版社,2013.

[3] 宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入與開發實例[M].北京:機械工業出版社,2003.

Design and Implementation of Automatic Test System Based on VXI-GPIB Bus

VXI bus interface is possessed of compact structure、open standards、strong Data throughput capacity, reusable modules，GPIB bus standard as a kind of mature and perfect standard instrument bus, in the field of automatic measurement of high frequency and microwave frequency measurement is an indispensable instrument bus technology. GPIB bus standard and VXI bus in the system application, either in software or hardware, have a natural compatibility and complementarity. Practice shows that the Automatic Test System (ATS) based on VXI - GPIB bus satisfies the requirement of users.

ATS; VXI bus;GPIB bus

TP274+.5

A

1008-1151(2015)04-0014-03

2015-03-09

楊彪（1987-），男，中航工業西安航空計算技術研究所助理工程師，研究方向為機載計算機產品調試與測試。