基于PXI總線的自動測試設備設計

◇中國航空工業洛陽電光設備研究所 張經宇

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

1 引言

隨著電子產品功能日趨復雜，功能不斷豐富，向高密度、多功能和低成本方向發展，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展趨勢，能夠有效降低成本，提高測試效率和準確率。本文提出的測試系統方案是基于PXI總線技術的虛擬儀器系統，利用工業控制計算機配上相應的軟硬件，形成多功能測試設備[1]，具有模塊便于復用、擴展性強、可靠性高、使用方便等優點，減少了用戶開發時間。PXI是由NI公司提出的開放性儀器總線規范，具有強大的軟件開發和系統兼容性能。

2 系統組成及功能

測試設備的主要功能是對包括數字信號、模擬信號、標準總線信號和非標準圖像等在內的各種被測信號進行實時、快速、準確、可靠地采集，同時在計算機界面上將結果同步實時顯示，根據用戶需要進行存儲和回放圖像和數據。設備通過采取屏蔽、接地和濾波等措施保證良好的電磁兼容性，既不受測試環境周圍的電磁干擾，也不對被測產品或其他設備造成干擾。

2.1 系統硬件設計

設備以使用PXI總線的工業控制計算機為基礎，由供電單元、數據采集單元和信號調理單元等組成，如圖1所示。數據采集單元完成模擬信號采集、RS-422通信、LVDS圖像采集、生產測試用激勵信號、DSP/FPGA測試等功能；信號調理單元將送往或者來自數據采集單元的信號按照要求進行相應的隔離、放大/衰減、驅動或轉接等處理后進入數據采集控制單元或輸出到被測產品；供電單元為產品提供+27V等可調穩壓電源，電源之間相互獨立。

（1）數據采集單元。PXI工控機作為數據采集單元的核心，是數據采集、數據輸出和控制板卡的硬件平臺，實現各種測試和控制功能。數據采集控制單元硬件結構如圖2所示。

圖2 PXI計算機結構示意圖

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，它結合了PXI Express背板設計，將PXI Express連接到每個插槽中，能夠滿足擴展的需要。

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以太網端口，兩個USB3.0端口和四個USB2.0端口以及一個集成硬盤驅動器和其他外設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個可分配的數字IO接口和2個32bit、80MHz通用定時器，提高了系統集成度。

c、RS422接口卡。選用NI公司的PXI-8431接口卡，與被測產品進行通訊，選用波特率為460.8kHz。接口卡波特率最高可達3Mb/s，發送/接收FIFO為128B，使用內存映射技術防止資源沖突。

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

e、信號產生單元。選用泰克公司2通道AFG3022任意波形/函數發生器，輸出信號最高頻率為25MHz，包括任意波形發生器、函數發生器、脈沖/脈沖串發生器、觸發發生器和噪聲發生器等，可以提供標準波形、脈沖和任意波形，選用USB方式與工控機連接。發生器只輸出單端信號，需要經過調理電路轉換為差分信號。

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

a、AD信號調理板。產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，需要對信號進行衰減后輸出到采集板進行處理。

b、圖像調理板。產品輸出的圖像數據采用串行LVDS協議，而PXI-1422采集卡只能采集16bit的并行數據，所以首先要由圖像調理板完成串并轉換，如圖3所示。

圖3 圖像調理板示意圖

圖4 設備軟件框圖

（3）供電電源單元。供電單元在測試過程中給被測產品提供正常工作所需電源（+28V等），為保證產品安全，電源模塊需要具有過流和過壓保護等功能，設備選用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，進行雙向串行通訊，實現對電源的實時監控[3]。

2.2 系統軟件設計

軟件主要功能包系統自檢，電壓和電流監控，向產品發送控制指令，接收并解析產品返回的信息，實時采集并存儲數據，對數據進行解析與回放（圖4）。

圖5 設備軟件框圖

圖像采集軟件控制圖像采集卡對產品圖像進行實時采集。系統采用PXI-1422，該卡的工作模式包括采集單幅圖像、序列圖像和循環圖像。設備需要連續采集圖像，所以選擇循環獲取圖像的工作方式。圖像采集流程如圖5所示。

3 結語

本文設計的測試設備以PXI總線工控機為核心，實現了產品的多功能測試，提高了測試和故障處理效率，大幅提升了測試工作質量，后續可以通過增加PXI板卡和升級軟件的方法擴充功能，具有較好的可擴展性。