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現(xiàn)代化電子工廠車(chē)間批量生產(chǎn)的PCB電路板，除了要進(jìn)行ICT測(cè)試外，還要做終打包出廠前的功能測(cè)試FCT（Functional Circuit Test）。利用NI公司的PXI 控制板卡和LabVIEW軟件構(gòu)建的一套完整的包含音頻、視頻及各種電壓，電流，頻率，開(kāi)關(guān)量等等的綜合性全自動(dòng)功能測(cè)試平臺(tái)。PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展） 是一種由NI公司發(fā)布的堅(jiān)固的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性發(fā)展成適合于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的機(jī)械、電氣和軟件規(guī)范。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺(tái)式PC的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展完美地結(jié)合起來(lái)，形成一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。這使它成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。

　　該系統(tǒng)綜合了音頻，視頻的自動(dòng)測(cè)試，包含了GPIB，RS232，RS485， Ethernet等多種接口和通訊方式，測(cè)試方法簡(jiǎn)單，操作工人測(cè)試時(shí)只需要將

　　1.  FCT功能測(cè)試現(xiàn)狀

　　FCT（功能測(cè)試）它指的是對(duì)測(cè)試目標(biāo)板（UUT：Unit Under Test）提供模擬的運(yùn)行環(huán)境（激勵(lì)和負(fù)載），使其工作于各種設(shè)計(jì)狀態(tài)，從而獲取到各個(gè)狀態(tài)的參數(shù)來(lái)驗(yàn)證UUT的功能好壞的測(cè)試方法。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是對(duì)UUT加載合適的激勵(lì)，測(cè)量輸出端響應(yīng)是否合乎要求。一般專(zhuān)指PCBA的功能測(cè)試。

　　ICT：ICT是信息、通信和技術(shù)三個(gè)英文單詞的詞頭組合（Information Communication Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)ICT） 。它是信息技術(shù)與通信技術(shù)相融合而形成的一個(gè)新的概念和新的技術(shù)領(lǐng)域。也是在線測(cè)試儀的簡(jiǎn)稱(chēng)?！n—Circuit—Tester即自動(dòng)在線測(cè)試儀，是現(xiàn)代電子企業(yè)必備的PCBA（Printed- Circuit Board Assembly，印刷電路板組件）生產(chǎn)的測(cè)試設(shè)備，ICT使用范圍廣，測(cè)量準(zhǔn)確性高，對(duì)檢測(cè)出的問(wèn)題指示明確，即使電子技術(shù)水準(zhǔn)一般的工人處理有問(wèn)題的PCBA也非常容易。使用ICT能極大地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 2

　　現(xiàn)在大多數(shù)的PCB板都會(huì)相應(yīng)的Firmware來(lái)對(duì)板卡進(jìn)行程序控制，通過(guò)ICT的PCB板雖然能夠準(zhǔn)確定位電子元器件的優(yōu)劣，卻無(wú)法對(duì)整個(gè)電路板的功能好壞作出判斷。

　　該種測(cè)試臺(tái)由測(cè)試工程師自己設(shè)計(jì)控制電路底板，連接I/O口到測(cè)試治具的針盤(pán)，然后編寫(xiě)底板Firmware模擬成品運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)PCB板電壓、電流檢測(cè)、以及相應(yīng)時(shí)序控制。一對(duì)一的方式雖然對(duì)測(cè)試工人是一種方便，但同時(shí)也意味著資源浪費(fèi)，在該類(lèi)產(chǎn)品出廠后，該FCT測(cè)試臺(tái)也往往被束之高閣了。

　　2.  PXI測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)想

　　隨著產(chǎn)品種類(lèi)越來(lái)越多，測(cè)試功能越來(lái)越復(fù)雜PCB板來(lái)說(shuō)，普通的FCT功能測(cè)試臺(tái)已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能測(cè)試，能不能構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)試平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)大部分的FCT功能測(cè)試呢？首先我們?cè)O(shè)想的測(cè)試平臺(tái)必須具有如下測(cè)試功能：

　　多路雙向高速I(mǎi)/O可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試治具狀態(tài)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，能夠模擬I2C等協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB板的多數(shù)芯片的時(shí)序控制。

　　多路模擬量輸入輸出，可以模擬一些波形信號(hào)作為PCB板的的輸入信號(hào)。

　　多通道可控制繼電器陣列，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)通斷控制。

　　RS232, RS485串口卡，實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議通信。

　　采集電壓，電流的程序控制萬(wàn)用表功能。

　　可實(shí)現(xiàn)頻率，波形采集的示波器。

　　視頻產(chǎn)生和采集分析功能。

　　音頻采集分析功能。

　　可編程電源。

　　統(tǒng)一編程的軟件。

　　如此多的功能實(shí)現(xiàn)，倘若都采用儀器設(shè)備，單從費(fèi)用上來(lái)說(shuō)構(gòu)建這樣一個(gè)復(fù)雜的FCT測(cè)試系統(tǒng)會(huì)是一個(gè)不小的開(kāi)支，這時(shí)我們想到了NI。NI作為測(cè)試測(cè)量業(yè)內(nèi)的，為我們提供了很好的技術(shù)服務(wù)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的需求分析，幫我們推薦了上面的產(chǎn)品清單，我們僅花費(fèi)了初一半費(fèi)用就終實(shí)現(xiàn)了我們的系統(tǒng)構(gòu)想。

　　早的功能測(cè)試，主要以手動(dòng)和半自動(dòng)方式為主。即使現(xiàn)在，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的被測(cè)板的功能測(cè)試，基于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和減少制作成本考慮，有時(shí)還是會(huì)采用手動(dòng)或者半自動(dòng)的測(cè)試方案。隨著科技的高速發(fā)展，為了節(jié)約生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)在的功能測(cè)試絕大多數(shù)都是使用全自動(dòng)的測(cè)試方案。

　　3. 系統(tǒng)構(gòu)架組成

　　以往一個(gè)簡(jiǎn)單的FCT功能測(cè)試臺(tái)，測(cè)試治具是必須的，然后根據(jù)PCB板的不同功能需求，設(shè)計(jì)制作各種功能的電路底板，然后接線到針盤(pán)底座，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編寫(xiě)Firmware軟件。大多通過(guò)液晶屏顯示測(cè)試結(jié)果，復(fù)雜一些的還需要通過(guò)串口與上位機(jī)編寫(xiě)的PC軟件進(jìn)行通信控制，以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試功能。

　　該FCT功能測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)架主要有如下優(yōu)勢(shì)：

　　1）統(tǒng)一的硬件資源分配

　　將各種型號(hào)的PXI板卡插入PXI-1045 18槽3U機(jī)箱后，按照各種板卡的接口地址，進(jìn)行統(tǒng)一資源分配。通過(guò)SCSI接口電纜將端口線引出到我們稱(chēng)之為“Interface Receiver”的機(jī)架側(cè)面上。

　　2） 統(tǒng)一的測(cè)試治具接口

　　該“Interface Receiver”的頂端是一個(gè)固定尺寸的針床底座。通過(guò)統(tǒng)一尺寸的測(cè)試治具底座接口，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了將待測(cè)PCB板的TP（TestPoint）的信號(hào)引入到PXI板信號(hào)采集端。

　　3） 可編程電源控制

　　通過(guò)GPIB控制可編程電源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種待測(cè)PCB板一定范圍內(nèi)任意電壓，電流的穩(wěn)定供給。GPIB（General-Purpose Interface Bus）-通用接口總線，大多數(shù)打印機(jī)就是通過(guò)GPIB線以及GPIB接口與電腦相連。接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分是一條無(wú)源的多芯電纜，用做傳輸各種消息。

　　4） 統(tǒng)一的上位機(jī)軟件控制界面

　　利用LabVIEW8.2.1的圖形化編程軟件，規(guī)范統(tǒng)一了上位機(jī)軟件編程界面，對(duì)各個(gè)板卡的操作實(shí)現(xiàn)了模塊化編程，大大提高了編程效率。

　　5） 合理的機(jī)柜布局

　　因?yàn)槭且粋€(gè)綜合的FCT測(cè)試系統(tǒng)，必然要對(duì)設(shè)備有個(gè)合理的布局，我們采用了2m×1.2m×1.4m的機(jī)柜，分5層布局，由下往上依次設(shè)備是可編程電源，PXI設(shè)備，測(cè)試夾具， PC機(jī)，視頻監(jiān)視器，PC顯示器。這樣的一個(gè)機(jī)架緊湊而合理。

　　終我們構(gòu)建的測(cè)試架如圖1所示。

　　4. PXI測(cè)試硬件構(gòu)成分析

　　1）PXI-6533, PXI-6070E的選擇

　　PXI-6533 擁有32條數(shù)字I/O線 （5V TTL/CMOS），速度高達(dá)13.3 MB/s其中的任意兩個(gè)I/O完全可以模擬一個(gè)I2C總線協(xié)議。數(shù)量上也足夠滿(mǎn)足我們對(duì)PCB板I/O控制的需要。對(duì)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(guò)軟件編程模型輸出一些特定波形。

　　圖一

　　2）PXI-4070, PXI-5122, GW-3202   GPIB接口可編程電源待測(cè)PCB板屬于弱電，PXI-4070可測(cè)量高達(dá)±300 VDC的電壓和±1 ADC的電流充分滿(mǎn)足測(cè)試需求。

　　3） 視頻信號(hào)的測(cè)試分析

　　視頻檢測(cè)包括對(duì)視頻鏡頭采集清晰度的檢測(cè)和視頻芯片編解碼算法的檢測(cè)。PXI-1411具有單路彩色模擬輸入通道，結(jié)合NI Vision Acquisition 8.5.1軟件可以將光學(xué)鏡頭采集的視頻信號(hào)傳輸?shù)杰浖M(jìn)行分析處理。

　　PXI-5431高模擬視頻信號(hào)發(fā)生器，可以模擬視頻信號(hào)源輸出到待測(cè)PCB板的視頻編解碼芯片，在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字視頻傳輸畫(huà)面到計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻編解碼芯片的測(cè)試。一個(gè)簡(jiǎn)單的視頻信號(hào)測(cè)試原理如圖2所示。

　　4）  音頻信號(hào)的測(cè)試分析

　　安防類(lèi)電子產(chǎn)品中，音頻信號(hào)的測(cè)試是必須的。很多的產(chǎn)品音頻要求必須達(dá)到一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為了測(cè)試音頻，通常需要花大價(jià)錢(qián)購(gòu)買(mǎi)一套音頻分析儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)THD（諧波失真率），S/N信噪比等測(cè)量。

　　另外，對(duì)于簡(jiǎn)單的音頻信號(hào)測(cè)試，可以通過(guò)PXI-6070E模擬一個(gè)正弦信號(hào)作為的待測(cè)PCB板的音頻信號(hào)輸入源，通過(guò)PXI-5122讀取音頻信號(hào)輸出端頻率，幅值的方法實(shí)現(xiàn)FCT功能檢測(cè)。

　　5 ） 其他PXI板卡的使用

　　PXI-2565擁有16個(gè)獨(dú)立的單刀單擲非鎖存繼電器可以方便的實(shí)現(xiàn)線路的控制。PXI-2503低壓多路復(fù)用開(kāi)關(guān)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(gè)串口，擴(kuò)充了計(jì)算機(jī)的串口配置，通過(guò)VISA編程通信異常方便。

　　PXI-8331 卡高速串口卡，用于跟計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)高速通信。

　　PCI-GPIB 卡 實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPIB接口設(shè)備的通信控制。

　　構(gòu)建完成的PXI設(shè)備前面板如圖3。

　　圖2  視頻檢測(cè)原理圖

　　圖3  PXI測(cè)試設(shè)備

　　5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　有了穩(wěn)定可靠的硬件，必須結(jié)合方便易用的開(kāi)發(fā)軟件才能真正的發(fā)揮系統(tǒng)的“十分”效能。NI公司的LabVIEW圖形化編程軟件使得我們的系統(tǒng)如虎添翼，真正發(fā)揮了出了PXI應(yīng)有的功能。

　　軟件的前面板界面也進(jìn)行了劃分，主要由靜態(tài)參數(shù)顯示窗口，視頻測(cè)試窗口，音頻測(cè)試窗口，合格率計(jì)算窗口，信息提示窗口五部分構(gòu)成。前面板測(cè)試界面如圖4所示。

　　1） 靜態(tài)參數(shù)顯示窗口

　　主要對(duì)一些如電壓、電流的模擬量，TTL電平以及GPIO狀態(tài)或者相關(guān)串口通信信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示。軟件實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)對(duì)DAQmx模塊的調(diào)用，讀取PXI-6533，PXI-6070E、或者通過(guò)繼電器切換利用PXI-4070進(jìn)行讀取實(shí)現(xiàn)。

　　2） 視頻測(cè)試窗口

　　利用WebBrowser控件將PXI-5431產(chǎn)生的Color Bar視頻圖像再經(jīng)過(guò)待測(cè)PCB板編解碼后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)Ethernet實(shí)時(shí)的顯示在該窗口，由操作員判斷圖像好壞。

　　3） 音頻測(cè)試窗口

　　通過(guò)PXI-6070E的模擬量輸出通道模擬輸出了一個(gè)1KHZ，800mV的正弦波到待測(cè)PCB板的Audio In輸入端，通過(guò)PXI-5122示波器卡對(duì)Audio Out的輸出波形進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)照輸入端頻率幅值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)測(cè)量音頻信號(hào)。

　　4） 合格率計(jì)算框

　　該框中對(duì)所有測(cè)試的PCB板數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，通過(guò)與失敗的一目了然，同時(shí)進(jìn)行了合格率百分比計(jì)算。該框中還包含了一個(gè)產(chǎn)品序列號(hào)的輸入框，操作員通過(guò)條形碼掃描槍將產(chǎn)品序列號(hào)掃入，即可作為該產(chǎn)品的識(shí)別標(biāo)識(shí)登記到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　5） 信息提示窗口

　　該窗口用于實(shí)時(shí)測(cè)試步驟的信息提示，提示操作員當(dāng)前操作步驟，當(dāng)測(cè)試出錯(cuò)時(shí)會(huì)紅色字體顯示出錯(cuò)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(gè)軟件程序框架采用了事件+狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)，狀態(tài)機(jī)是LabVIEW程序中常用的設(shè)計(jì)模式之一，它由一個(gè)主循環(huán)和一個(gè)Case結(jié)構(gòu)組成，利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，在編程中我們利用了Typedef來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)枚舉值，構(gòu)建了模板，這樣可以很方便的添加減少狀態(tài)值。程序框圖如圖6所示。

　　圖4  軟件控制界面說(shuō)明

　　圖5  軟件控制主界面

　　圖 6  主程序框圖

　　結(jié)論

　　通過(guò)NI公司先進(jìn)的PXI技術(shù)，能夠準(zhǔn)確而快速地對(duì)硬件進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集；同時(shí)PXI驅(qū)動(dòng)庫(kù)DAQmx與LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的無(wú)縫連接，利用PXI構(gòu)建的FCT功能測(cè)試臺(tái)， 雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號(hào)量較多，但是結(jié)構(gòu)調(diào)理，功能強(qiáng)大，易于修改，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源共享，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，測(cè)試，我們非常成功的運(yùn)用多臺(tái)這樣的FCT功能測(cè)試臺(tái)到了工廠的產(chǎn)線中，并且穩(wěn)定可靠。