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　　摘要：為了滿足軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求高、測(cè)量點(diǎn)多、實(shí)施性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)提高測(cè)試準(zhǔn)確度、簡化硬件電路設(shè)計(jì)的目的，采用了基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方法，做了將數(shù)字萬用表L4411A和多路開關(guān)L4421A應(yīng)用于ATE的實(shí)驗(yàn)。獲得了實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確度高，簡化硬件設(shè)計(jì)的結(jié)果，得到了基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方案很好地滿足了軍用ATE系統(tǒng)需求的結(jié)論。
　　
　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試設(shè)備；LXI總線；數(shù)據(jù)采集：L4411A
　　
　　引言
　　
　　自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（AutomaticTestSystem，ATS）是在單一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下，通過一種或多種總線把多個(gè)儀器互聯(lián)起來，按預(yù)先編制的測(cè)試程序（TP），自動(dòng)進(jìn)行被測(cè)試對(duì)象（UUT）功能參數(shù)測(cè)試、性能下降評(píng)估或故障檢測(cè)隔離的系統(tǒng)。作為一臺(tái)定量測(cè)試設(shè)備，zui重要的指標(biāo)是信號(hào)的測(cè)試準(zhǔn)確度。過去對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)試一般采用的方法是：首*行幅值調(diào)整及信號(hào)特征變換，再通過A／D變換的方式進(jìn)行處理，例如要實(shí)現(xiàn)交流幅值這樣一個(gè)簡單測(cè)試，就必須通過幅值調(diào)整、整流變換等步驟，這帶來的zui大問題是降低了測(cè)試的準(zhǔn)確度。
　　
　　本系統(tǒng)研制的軍用ATE是一臺(tái)適用于某同類裝備產(chǎn)品的通用測(cè)試設(shè)備，ATE信號(hào)有如下特點(diǎn)：
　　
　?。?）信號(hào)數(shù)量多；
　　
　?。?）信號(hào)范圍寬，就電壓來說，要測(cè)試的zui小值僅十幾個(gè)mV，zui大要達(dá)到約200V；
　　
　?。?）測(cè)試特征多，要測(cè)試的信號(hào)特征包括電壓、頻率、電阻、電流等，有時(shí)一個(gè)信號(hào)同時(shí)要測(cè)試幾種特征；
　　
　?。?）測(cè)試速度要求不一，有些信號(hào)時(shí)序要求特別高，因此在保證準(zhǔn)確度的同時(shí)，還必須滿足實(shí)時(shí)性。
　　
　　針對(duì)以上信號(hào)特征分析后，提出基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方案，較好地解決了眾多物理量信號(hào)測(cè)量中的布線、傳輸，而且實(shí)現(xiàn)了在不同采樣速率下的采集、記錄。面對(duì)試驗(yàn)中信號(hào)分散、數(shù)量多、種類繁雜的情況，研制開發(fā)基于LXI總線的測(cè)試系統(tǒng)就成為*選擇。采用LXI總線簡化了系統(tǒng)配置，節(jié)約了系統(tǒng)資源，有增加了系統(tǒng)的靈活性，取得了節(jié)約經(jīng)費(fèi)、提高測(cè)試準(zhǔn)確度、簡化硬件電路設(shè)計(jì)的多重效果。
　　
　　1、LXI總線的優(yōu)點(diǎn)
　　
　　LXI基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)，擴(kuò)展儀器需要的語言、命令、協(xié)議等內(nèi)容，構(gòu)成適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。其具體設(shè)想是將非常成熟的以太網(wǎng)技術(shù)利用到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，以替代傳統(tǒng)的測(cè)試總線技術(shù)。LXI總線儀器融合了GPIB儀器的高性能、VXI／PX儀器的小體積以及LAN的高吞吐率，并考慮定時(shí)、觸發(fā)、冷卻、電磁兼容等儀器要求，是基于以太網(wǎng)的新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)模塊化架構(gòu)平臺(tái)。LXI儀器對(duì)數(shù)據(jù)通信的格式、通信的實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)通信的可靠性都提出了較高的要求，尤其實(shí)時(shí)性和可靠性影響著測(cè)試系統(tǒng)后的度和準(zhǔn)確性。
　　
　　采用以太網(wǎng)總線作為系統(tǒng)總線有很多優(yōu)點(diǎn)，具備*的網(wǎng)絡(luò)特性，比如傳統(tǒng)的測(cè)試與測(cè)量接口不能提供對(duì)等通信，以太網(wǎng)電纜和插卡是標(biāo)準(zhǔn)的、廣泛使用的，且基本上是免費(fèi)的等。
　　
　　與傳統(tǒng)的卡式儀器相比，LXI模塊化儀器具備了許多優(yōu)勢(shì)：
　　
　?。?）可以保證儀器的全部性能；
　　
　?。?）集成更為方便，不需要的機(jī)箱和0槽計(jì)算機(jī)；
　　
　?。?）可以利用網(wǎng)絡(luò)界面操作，無需編程和其他虛擬面板；
　　
　　（4）連結(jié)和使用更為方便，可以利用通用的軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程；
　　
　　（5）非常容易實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)計(jì)量和故障診斷；
　　
　?。?）靈活性強(qiáng)，可以作為系統(tǒng)儀器，也可以單獨(dú)使用。
　　
　　另外，由于LXI模塊本身配備有處理器、LAN連接、電源供應(yīng)器和觸發(fā)輸入，因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應(yīng)器、背板、控制器及MXI插卡和接線。它的發(fā)展不受I／O接口發(fā)展的限制。
　　
　　2、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
　　
　　檢測(cè)設(shè)備組成原理如圖1所示：　　
　　從圖1可看出，在本軍用ATE系統(tǒng)中，使用了兩種LXI總線的儀器模塊組成的數(shù)采單元，各種測(cè)試板卡和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成的測(cè)試系統(tǒng)。
　　
　　數(shù)據(jù)采集單元采用安捷倫（Agilent）公司生產(chǎn)的L4411A61／2位高性能數(shù)字萬用表和L4421A2線40通道電樞多路復(fù)用器。這2種模塊均符合LXIClassC標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置以太網(wǎng)連接功能，采用1U高度、半機(jī)架尺寸寬度，可以方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中而不需要機(jī)箱。既有模塊化的優(yōu)點(diǎn)，可方便地集成到以往的各種系統(tǒng)中使用，又可作為單獨(dú)儀器使用，大大方便了系統(tǒng)集成。
　　
　　系統(tǒng)使用的L4411A具有以下功能特點(diǎn)：
　　
　　（1）速度快，50Kb／s讀數(shù)／sec@4．5位；
　　
　?。?）精度高，直流電壓精度0．003％，交流電壓精度0．06％；電阻精度0．01％；
　　
　?。?）模擬電平及可編程預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)；
　　
　?。?）自動(dòng)量程，可根據(jù)外部信號(hào)特征自動(dòng)調(diào)整測(cè)試量程，對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號(hào)尤其方便；
　　
　?。?）1MB讀數(shù)存儲(chǔ)；
　　
　?。?）DCV，ACV，DCI，ACI，二線／四線歐姆，頻率，周期，連續(xù)性和二極管測(cè)試，極大簡化測(cè)試方案。
　　
　　40通道電樞多路復(fù)用器L4421A開關(guān)支持高達(dá)300V和1A的信號(hào)，因此不要求外部信號(hào)調(diào)節(jié)，每秒zui多掃描100條通道，在配置為多路復(fù)用器時(shí)，L4421A帶有先斷后通連接，保證在掃描過程中不會(huì)有兩個(gè)信號(hào)相互連接在一起。
　　
　　在系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)中，至少需要30路的模擬輸入，因此L4411A數(shù)字萬用表和L4421A多路開關(guān)的組合很好的滿足了系統(tǒng)需求。工控機(jī)通過交換機(jī)以LAN接口方式和L4411A，L4421A相連，實(shí)現(xiàn)程序控制和測(cè)試過程中的數(shù)據(jù)上傳。多路開關(guān)L4421A完成快速的不同通道間的切換，把多個(gè)測(cè)試點(diǎn)接到測(cè)量儀器數(shù)字萬用表L4411A，為被測(cè)件提供控制輸入和保持儀器與測(cè)試點(diǎn)的正確連接，從而極大程度上縮短測(cè)試時(shí)間，減少整個(gè)測(cè)試過程中的人為錯(cuò)誤。多路開關(guān)使用模擬總線連接器，把連通后的信號(hào)路由到數(shù)字萬用表上。數(shù)字萬用表的外觸發(fā)輸入端接到多路開關(guān)的外部觸發(fā)器連接端，通過一個(gè)通道關(guān)閉觸發(fā)數(shù)字萬用表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，外部觸發(fā)功能可以簡便地定時(shí)和同步測(cè)量其他事件，這有助于確定什么時(shí)候開始或結(jié)束采集。
　　
　　對(duì)于要求進(jìn)行幅值、頻率、電阻等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的這些輸入信號(hào)，直接將信號(hào)接入多路開關(guān)L4421A，通過程序指令實(shí)現(xiàn)通道切換和萬用表的數(shù)據(jù)采集及傳輸，簡化了硬件電路設(shè)計(jì)，提高了軟件開發(fā)效率。
　　
　　3、儀器接口模塊設(shè)計(jì)
　　
　　這個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和數(shù)采單元的I／O通信功能，通過使用VISAI／O函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)。VISA是虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)的縮寫，其本質(zhì)是一個(gè)儀器I／O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱，這樣用戶在編程時(shí)使用作為虛擬儀器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)I／O軟件的VISAI／O接口庫就能使用不同類型接口控制可程控儀器。
　　
　　使用VISA作為I／O接口軟件來完成儀器控制程序，優(yōu)點(diǎn)是不但兼容不同接口類型或網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，而且對(duì)不同接口類型連接的儀器的操作類型或函數(shù)是一致的。VISA持對(duì)LXI儀器的操作。
　　
　　本模塊程序以VisualC++6．0為開發(fā)工具，基于動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式實(shí)現(xiàn)，方便應(yīng)用程序調(diào)用。儀器的打開、關(guān)閉等所有儀器共有的操作，是通過VISAI／O庫（viOpen、viClose）等實(shí)現(xiàn)的。設(shè)置儀器參數(shù)是通過調(diào)用viPrintf函數(shù)向儀器發(fā)送可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令即SCPI（StandardCommandsforProgrammableInstruments））命令實(shí)現(xiàn)的。同樣地，通過調(diào)用viScanf函數(shù)向儀器發(fā)送SCPI命令可以從儀器讀回狀態(tài)信息和測(cè)試結(jié)果。
　　
　　在直流信號(hào)測(cè)試過程中，控制直流測(cè)量速度有以下要素：自動(dòng)歸零；自動(dòng)量程；積分時(shí)間；自動(dòng)觸發(fā)延遲。
　　
　　自動(dòng)歸零、自動(dòng)量程都有內(nèi)部軟件指導(dǎo)下的機(jī)械裝置執(zhí)行，用以控制數(shù)字萬用表內(nèi)部的運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)高的讀數(shù)率，可選擇固定量程，關(guān)閉自動(dòng)歸零，禁用自動(dòng)延遲觸發(fā)。設(shè)置數(shù)字完用表，閉合多路開關(guān)L4421A，實(shí)現(xiàn)DVC功能較高測(cè)量數(shù)度的簡略程序如下：　　
　　viOpenDefaultRM返回一個(gè)指向默認(rèn)資源管理器（DefaultResourceManager）的會(huì)話（session）。該函數(shù)初始化VISA系統(tǒng)，所有的VISA函數(shù)被調(diào)用前，必須使用這條函數(shù)。
　　
　　viOpen開始一個(gè)與制定儀器的會(huì)話。它返回的會(huì)話標(biāo)志符能被隨后使用到該儀器的函數(shù)使用，用以指示該儀器。
　　
　　程序zui后需調(diào)用viClose關(guān)閉缺省儀器資源管理者會(huì)話InsL4411A和InsL4421A。
　　
　　本系統(tǒng)中，通過多次試驗(yàn)，對(duì)于單個(gè)直流信號(hào)，系統(tǒng)可在6ms內(nèi)完成一次測(cè)量，交流信號(hào)的測(cè)量也可控制在8ms左右，很好的滿足了系統(tǒng)需求。
　　
　　4、結(jié)語
　　
　　軍用ATE中，根據(jù)測(cè)試準(zhǔn)確度要求高、測(cè)量點(diǎn)多的特點(diǎn)，使用基于LXI總線的測(cè)試系統(tǒng)。目前設(shè)備已投入使用，根據(jù)使用情況看，取得了以下效果：提高測(cè)試準(zhǔn)確度；具備很強(qiáng)的電流、電壓、電阻等測(cè)試能力和精度，簡化ATE系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高測(cè)試速度；具有遠(yuǎn)端回讀能力，提高測(cè)試的精度和可靠性；提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性；降低生產(chǎn)成本；簡化硬件、測(cè)試方案設(shè)計(jì)；方便系統(tǒng)維護(hù)。
　　
　　LXI模塊儀器具有高性能、小尺寸的特點(diǎn)，是高性能／價(jià)格比測(cè)試儀器的者，它們比VXI和PXI的價(jià)格更為低廉（毋須機(jī)箱、0槽控制器或MXI），以及研制形成合成儀器，已經(jīng)成為測(cè)試系統(tǒng)理想選擇，是未來測(cè)試系統(tǒng)的主流方向。