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挑戰：通過PXI 控制板卡和LabVIEW軟件，構建一套比較完整齊全的PCB板的功能測試(FCT)系統，利用該系統可實現對音頻視頻以及各種靜態參數（電壓、電流、頻率）的綜合性全自動測試，對于新開發生產的PCB板，工廠無需頻繁更換測試硬件，只要添加制作一個測試夾具，重新連接線路，利用LabVIEW開發編寫測試軟件即可。 應用方案：使用NI公司的PXI控制硬件平臺結合NI的圖形化編程軟件LabVIEW快速并成功的開發構建出一個經濟、靈活的PCB板功能測試系統 (FCT測試系統)。 該系統采用的PXI 控制板卡可以實現對音頻、視頻以及各種靜態參數(電壓、電流、頻率)的綜合性全自動測試，并且通過LabVIEW軟件編程可以實現兼容 GPIB,I2C,Modbus,TCT/IP等多種協議，通過VISA模塊庫，可以實現對串口隨意方式的數據處理，和數據交互顯示。 使用的產品： 軟件 LabVIEW 8.2.1 Professional Development System National Instruments drivers NI Vision 8.5 Development Module NI Vision Acquisition 8.5.1 Composite Video Generator 5431 硬件 PXI-1045 18槽3U PXI機箱 PXI-6533 高速32位數字數字I/O卡 PXI-6070E 多功能I/O卡 PXI-4070 數字萬用表 PXI-5122 示波器卡 PXI-2565, PXI-2503多路繼電器板卡 PXI-4461 動態信號采集發生器 PXI-5431 視頻信號發生卡 PXI-1411 視頻分析卡 PXI-8420 RS232串口卡 PXI-8421 RS485串口卡 PXI-8331 卡 PCI-GPIB 卡 PPS-GW-3202 GPIB 接口電源 介紹 現代化電子工廠車間批量生產的PCB電路板，除了要進行ICT測試外，還要做最終打包出廠前的功能測試FCT(Functional Circuit Test)。利用NI公司的PXI 控制板卡和LabVIEW軟件構建的一套完整的包含音頻、視頻及各種電壓，電流，頻率，開關量等等的綜合性全自動功能測試平臺。該平臺實現了對各種不同的 PCB電路板的FCT功能測試。通過該平臺無需頻繁更換測試硬件，新產品加入時，只需更換一個ATE測試夾具，按照PXI板卡的硬件資源分配，對測試夾具的插針進行連線到其界面接口，最后修改相應的測試軟件即可實現對PCB板的全自動測試。 該系統綜合了音頻，視頻的自動測試，包含了GPIB，RS232，RS485， Ethernet等多種接口和通訊方式，測試 方法簡單，操作工人測試時只需要將 測試夾具壓下、觀察上位機軟件畫面提示，測試完成后抬起測試把柄即可實現全功能測試，測試效率大幅提高。 正文： 1. FCT功能測試現狀 現代化電子工廠車間批量生產的PCB電路板，通常要進行ICT和FCT的測試。 ICT：IN Circuit test，ICT通常是生產中第一道測試工序，主要運用ICT測試設備在線檢查單個元器件以及各電路網絡的開、短路情況。 現在大多數的PCB板都會下載相應的Firmware來對板卡進行程序控制，通過ICT的PCB板雖然能夠準確定位電子元器件的優劣，卻無法對整個電路板的功能好壞作出判斷。這就需要測試工程師搭建一個適合PCB板的模擬電路環境，對電路板的TP(TestPoint)點進行FCT功能測試。 FCT：Functional Circuit test，主要是模擬成品的功能，運用測試治具測試產品的功能是否實現的測試系統。 現有的工廠產線對PCB的FCT功能測試，大多實現的是一對一的方式，即一種PCB對應一個FCT功能測試臺。 該種測試臺由測試工程師自己設計控制電路底板，連接I/O口到測試治具的針盤，然后編寫底板Firmware模擬成品運行環境，實現對待測PCB板電壓、電流檢測、以及相應時序控制。一對一的方式雖然對測試工人是一種方便，但同時也意味著資源浪費，在該類產品出廠后，該FCT測試臺也往往被束之高閣了。對測試工程師不斷的制版，編程，接線等等重復勞動也是一個不小的工作壓力。 2. PXI測試系統構想 隨著產品種類越來越多，測試功能越來越復雜PCB板來說，普通的FCT功能測試臺已經無法實現一些特殊的功能測試，例如：音頻，視頻等功能測試。能不能構建一個統一的測試平臺來實現大部分的FCT功能測試呢？首先我們設想的測試平臺必須具有如下測試功能： 1) 多路雙向高速I/O可以實現對測試治具狀態監測的同時，能夠模擬I2C等協議實現對PCB板的多數芯片的時序控制。 2) 多路模擬量輸入輸出，可以模擬一些波形信號作為PCB板的的輸入信號。 3)多通道可控制繼電器陣列，方便實現對信號通斷控制。 4) RS232, RS485串口卡，實現串口協議通信。 5) 采集電壓，電流的程序控制萬用表功能。 6) 可實現頻率，波形采集的示波器。 7) 視頻產生和采集分析功能。 8) 音頻采集分析功能。 9) 可編程電源。 10) 統一編程的軟件。 針對如此多的功能實現，倘若都采用儀器設備，單從費用上來說構建這樣一個復雜的FCT測試系統會是一個不小的開支，這時我們想到了NI。NI作為測試測量業內的專家，為我們提供了很好的技術服務，經過仔細的需求分析，幫我們推薦了上面的產品清單，我們僅花費了最初一半費用就最終實現了我們的系統構想。 3.系統構架組成 以往一個簡單的FCT功能測試臺，測試治具是必須的，然后根據PCB板的不同功能需求，設計制作各種功能的電路底板，然后接線到針盤底座，最后對單片機進行編寫Firmware軟件。大多通過液晶屏顯示測試結果，復雜一些的還需要通過串口與上位機編寫的PC軟件進行通信控制，以實現各種測試功能。 基于PXI的FCT功能測試臺讓測試工程師從頻繁的設計制作各種電路板，無休止的編寫Firmware軟件，不斷的連接布線中解脫出來。 該FCT功能測試平臺的系統構架主要有如下優勢： 1)統一的硬件資源分配。 將各種型號的PXI板卡插入PXI-1045 18槽3U機箱后，按照各種 板卡的接口地址，進行統一資源分配。通過SCSI接口電纜將端口線引出到我們稱之為“InteRFace Receiver”的機架側面上。 2) 統一的測試治具接口。 該“Interface Receiver”的頂端是一個固定尺寸的針床底座。通過統一尺寸的測試治具底座接口，從而進一步實現了將待測PCB板的TP(TestPoint)的信號引入到PXI板信號采集端。 3) 可編程電源控制。 通過GPIB控制可編程電源，實現了對各種待測PCB板一定范圍內任意電壓，電流的穩定供給。 4) 統一的上位機軟件控制界面。 利用LabVIEW8.2.1的圖形化編程軟件，規范統一了上位機軟件編程界面，對各個板卡的操作實現了模塊化編程，大大提高了編程效率。 5) 合理的機柜布局。 因為是一個綜合的FCT測試系統，必然要對設備有個合理的布局，我們采用了2m×1.2m×1.4m的機柜，分5層布局，由下往上依次設備是可編程電源，PXI設備，測試夾具， PC機，視頻監視器，PC顯示器。這樣的一個機架緊湊而合理。 最終我們構建的測試架如圖1所示。 4. PXI測試硬件構成分析 1)PXI-6533, PXI-6070E的選擇 PXI-6533 擁有32條數字I/O線 (5V TTL/CMOS)，速度高達13.3 MB/s其中的任意兩個I/O完全可以模擬一個I2C總線協議。數量上也足夠滿足我們對PCB板I/O控制的需要。對于PXI-6070E的選擇我們看中的是它具有兩通道的模擬量輸出，可以通過軟件編程模型輸出一些特定波形，如正弦波、三角波等，很多時候可以作為音頻信號源使用。 PXI-5431高精度模擬視頻信號發生器，可以模擬視頻信號源輸出到待測PCB板的視頻編解碼芯片，在通過網絡將數字視頻傳輸畫面到計算機，從而實現對視頻編解碼芯片的測試。一個簡單的視頻信號測試原理如圖2所示。 4) 音頻信號的測試分析。 安防類電子產品中，音頻信號的測試是必須的。很多的產品音頻要求必須達到一定的國家標準。為了測試音頻，通常需要花大價錢購買一套音頻分析儀，實現對THD(諧波失真率)，S/N信噪比等精確測量。 PXI-4461就是一款完全可以替代音頻分析儀的數據采集卡，結合NI的軟件模塊，可以非常方便的實現對音頻信號的采集分析。 另外，對于簡單的音頻信號測試，可以通過PXI-6070E模擬一個正弦信號作為的待測PCB板的音頻信號輸入源，通過PXI-5122讀取音頻信號輸出端頻率，幅值的方法實現FCT功能檢測。 5 ) 其他PXI板卡的使用 對于任何測試測量系統，自然離不開繼電器的控制，我們采用了多塊PXI-2565, PXI-2503繼電器板卡。 PXI-2565擁有16個獨立的單刀單擲非鎖存繼電器可以方便的實現線路的控制。PXI-2503低壓多路復用開關繼電器，在一些特殊電路上非常方便。PXI-8420 RS232串和PXI-8421 RS485串口卡各有兩個串口，擴充了計算機的串口配置，通過VISA編程通信異常方便。 PXI-8331 卡高速串口卡，用于跟計算機實現高速通信。 PCI-GPIB 卡 實現了對GPIB接口設備的通信控制。 構建完成的PXI設備前面板如圖3。 5.系統軟件設計 有了穩定可靠的硬件，必須結合方便易用的開發軟件才能真正的發揮系統的“十分”效能。NI公司的LabVIEW圖形化編程軟件使得我們的系統如虎添翼，真正發揮了出了PXI應有的功能。 軟件的前面板界面也進行了劃分，主要由靜態參數顯示窗口，視頻測試窗口，音頻測試窗口，合格率計算窗口，信息提示窗口五部分構成。前面板測試界面如圖4所示。 1) 靜態參數顯示窗口。 主要對一些如電壓、電流的模擬量，TTL電平以及GPIO狀態或者相關串口通信信息等進行實時狀態顯示。軟件實現主要通過對DAQmx模塊的調用，讀取PXI-6533，PXI-6070E、或者通過繼電器切換利用PXI-4070進行讀取實現。參數測試完成，會將測試數據記錄到數據庫文件中，供操作員查看或生成報表。 2) 視頻測試窗口。 利用WebBrowser控件將PXI-5431產生的Color Bar視頻圖像再經過待測PCB板編解碼后，通過網絡 Ethernet實時的顯示在該窗口，由操作員判斷圖像好壞。 3) 音頻測試窗口 通過PXI-6070E的模擬量輸出通道模擬輸出了一個1KHZ，800mV的正弦波到待測PCB板的Audio In輸入端，通過PXI-5122示波器卡對Audio Out的輸出波形進行檢測，對照輸入端頻率幅值進行比較，實現測量音頻信號。4) 合格率計算框 該框中對所有測試的PCB板數量進行了統計，通過與失敗的一目了然，同時進行了合格率百分比計算。該框中還包含了一個產品序列號的輸入框，操作員通過條形碼掃描槍將產品序列號掃入，即可作為該產品的唯一識別標識登記到數據庫中。 5) 信息提示窗口 該窗口用于實時測試步驟的信息提示，提示操作員當前操作步驟，當測試出錯時會紅色字體顯示出錯代碼，提示操作員處理。軟件控制界面解析如圖4所示。軟件前面板主控界面如圖5所示。 整個軟件程序框架采用了事件+狀態機的結構，狀態機是LabVIEW程序中最常用的設計模式之一，它由一個主循環和一個Case結構組成，利用移位寄存器實現狀態跳轉，在編程中我們利用了Typedef來實現狀態枚舉值，構建了模板，這樣可以很方便的添加減少狀態值。同時在狀態機的Idle狀態中加入事件結構，當每次狀態完成，跳轉到Idle狀態都會實時響應操作員的界面操作，程序框圖如圖6所示。 結論 通過NI公司先進的PXI技術，能夠準確而快速地對硬件進行控制和數據采集；同時PXI驅動庫DAQmx與LabVIEW軟件開發平臺的無縫連接，利用PXI構建的FCT功能測試臺， 雖然結構復雜，信號量較多，但是結構調理，功能強大，易于修改，同時實現了資源共享，經過大量的實驗，測試，我們非常成功的運用多臺這樣的FCT功能測試臺到了工廠的產線中，并且穩定可靠。每次新產品釋放的時候，研發工程師只需要添加一個治具，根據資源分配表壓針，連線，修改軟件即可；大大減少了測試工程師的工作負荷。相信NI的產品在該行業會有更加深入的應用。 |
