楊 彪 高 優(yōu) 姚莉娟

（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710119）

基于VXI-GPIB總線的自動測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊 彪 高 優(yōu) 姚莉娟

（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710119）

VXI總線接口結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)開放、數(shù)據(jù)吞吐能力強、模塊可重復(fù)使用，GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線作為一種成熟完善的標(biāo)準(zhǔn)儀器總線，在高頻、微波頻段的自動化測量領(lǐng)域是一種不可缺少的儀器總線技術(shù)。GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線與VXI總線在系統(tǒng)應(yīng)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(fā)的自動測試系統(tǒng)（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(shè)備技術(shù)的不斷提升，綜合化機載電子設(shè)備大量使用，對電子設(shè)備的檢測提出了更高的要求。專用測試設(shè)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(dǎo)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(fā)成本以適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需求。在這種情況下，開發(fā)一種能彌補以上專用測試設(shè)備缺陷的自動測試系統(tǒng)勢在必行。本文從工程角度出發(fā)介紹一種基于VXI-GPIB混合總線的自動測試系統(tǒng)（ATS）的開發(fā)思路及實現(xiàn)方法。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

自動測試系統(tǒng)采用通用的VXI總線結(jié)構(gòu),以VXI測試設(shè)備為主，輔以控制設(shè)備等其它設(shè)備,主要的功能塊有：

2.1VXI測試設(shè)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(jiān)控、溫度監(jiān)控及智能環(huán)控功能。設(shè)備內(nèi)部采用VXI標(biāo)準(zhǔn)總線，根據(jù)測試的最大需求，選用標(biāo)準(zhǔn)的VXI測試模塊進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)到嵌入式計算機的功能。矩陣開關(guān)選用C尺寸單槽Agilent E1466，這款4×64的雙線開關(guān)矩陣可隨處轉(zhuǎn)換每個交叉點。E1466在STTE中共兩塊，起到開關(guān)切換的作用，主要應(yīng)用于視頻切換測試和422總線測試，矩陣開關(guān)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(zhǔn)功能，每一個通道都可設(shè)置成測量電壓輸出的電壓或電流模式。數(shù)字IO卡選用C尺寸單槽Agilent E1458A，具有12個8位雙向數(shù)據(jù)端口，可提供塊存儲傳輸以及6個GPIO握手協(xié)議，每一個端口包括8條數(shù)據(jù)線和6條握手/控制線，它主要應(yīng)用于數(shù)字I/O控制，如數(shù)字組件測試或數(shù)據(jù)采集控制，8位端口獨立配置為正/負(fù)邏輯、讀/寫或三態(tài)條件，板卡分配成3個bank，而每個bank包括4個端口，允許數(shù)據(jù)以比特、字（16位）或長字（32位）進(jìn)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(shè)備提供激勵信號并采集相應(yīng)的響應(yīng)信號，其中零槽控制器在測試系統(tǒng)中起到橋梁作用，負(fù)責(zé)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(shè)備

包括MFCD、視頻信號發(fā)生器和視頻轉(zhuǎn)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(fā)生器選用Fluke 54200，用于視頻信號的輸入源，視頻轉(zhuǎn)換盒用于視頻格式的轉(zhuǎn)換。

2.3測量設(shè)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(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程接口，還具有數(shù)據(jù)記錄儀功能，帶有50K讀數(shù)的非易失存儲器，用于電壓輸出的測量和系統(tǒng)的故障診斷及排故。

2.4供電設(shè)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(tǒng)提供斷電保護，UPS內(nèi)置兩組電池，功率2100瓦，在斷電情況下可以為STTE持續(xù)供電10分鐘。3通道直流電源選用 Agilent E3631A，主要為調(diào)理箱中的調(diào)理板供電，電源輸出參數(shù)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(yuǎn)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(tǒng)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(shè)備的維護，檢測測試設(shè)備上的信號連接，且對斷點板的測量點進(jìn)行操作時不會影響被測件及自動測試系統(tǒng)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(cè)連接測試系統(tǒng)，右側(cè)連接被測件。在測試時，如果發(fā)現(xiàn)某路信號異常，便可用儀器在指定通道的插頭上進(jìn)行排故，確定測試系統(tǒng)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(tǒng)

采用配置先進(jìn)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(tài)開關(guān)，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(shù)字萬用表等臺式儀器控制，傳輸速率高達(dá)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(tǒng)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(dá)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(jìn)行總線的測試。具體系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)工作原理

機載任務(wù)計算機是飛機航電系統(tǒng)的控制和管理核心,主要實現(xiàn)航電系統(tǒng)的通訊管理、任務(wù)計劃和飛行計劃管理、火控計算、輔助導(dǎo)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(fā)送自檢命令，并將自檢結(jié)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(yīng)狀態(tài)的信號，ATS運行測試程序采集離散量輸入的狀態(tài)，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(shè)備，ATS根據(jù)接收到的信號和系統(tǒng)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(tài)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(yīng)狀態(tài)的信號，ATS運行測試程序采集模擬量輸入的狀態(tài)，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(shè)備，ATS根據(jù)接收到的信號和系統(tǒng)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(fā)送數(shù)據(jù)，檢查發(fā)送的數(shù)據(jù)與接收到的數(shù)據(jù)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(fā)送上下網(wǎng)指令,并仿真它機設(shè)備向被測件發(fā)送數(shù)據(jù)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(tǒng)的視頻信號發(fā)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(tǒng)的監(jiān)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(tài)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(jìn)行測量，并計算出功率值。并判斷功率值是否在合格判據(jù)范圍內(nèi)。

4 軟件設(shè)計

ATS軟件由系統(tǒng)軟件、測試應(yīng)用軟件、自檢軟件組成，具體如下：

4.1系統(tǒng)軟件

包括Windows XP操作系統(tǒng)、各模塊的設(shè)備驅(qū)動程序。設(shè)備驅(qū)動程序包括RS-422、GPIB、1553B設(shè)備驅(qū)動程序，模擬量輸出卡、數(shù)字I/O轉(zhuǎn)換卡等設(shè)備驅(qū)動程序。

4.2測試應(yīng)用軟件

測試應(yīng)用軟件基于LabVIEW8.6平臺開發(fā)，主要實現(xiàn)被測件功能測試、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)幫助，功能測試用來測試被測件綜合能力，通過向被測件發(fā)送模擬數(shù)據(jù)和指令，被測件運行應(yīng)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(shù)設(shè)置、儀器控制、數(shù)據(jù)采集和處理、分析和顯示、波形輸出等功能，是整個測試系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的管理和維護，生成測試結(jié)果的報表和數(shù)據(jù)回調(diào)。系統(tǒng)幫助用于對用戶進(jìn)行系統(tǒng)介紹及操作指導(dǎo)。

4.3自檢軟件

系統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行測試工作周期之前進(jìn)行的自檢測試；維護自檢測試主要用于維護狀態(tài)的測試，是指當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，根據(jù)操作員的請求而進(jìn)行的自檢測試。軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　軟件結(jié)構(gòu)框圖

打開軟件，首先進(jìn)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(rèn)登陸信息之后，系統(tǒng)自動運行啟動自檢軟件，完成對測試設(shè)備系統(tǒng)硬件的自檢，以確保該系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)懷疑設(shè)備運行不正常時，運行維護自檢軟件檢測該設(shè)備，以確認(rèn)儀器是否故障，方便進(jìn)一步排除故障。儀器的自檢是通過GPIB或LAN發(fā)送儀器自檢指令實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)采集卡的自檢是通過軟件調(diào)用采集卡自帶的自檢函數(shù)來實現(xiàn)，自檢完成后進(jìn)入測試應(yīng)用軟件界面，如圖3所示。

圖3　測試應(yīng)用軟件界面

5 結(jié)論

本文介紹的自動測試系統(tǒng)以VXI總線技術(shù)為主，GPIB總線技術(shù)為輔，提高了系統(tǒng)測試的機動性、靈活性、快速性和可靠性，并且能夠快速進(jìn)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(tǒng)集成技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[2] 牛文生.機載計算機技術(shù)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2013.

[3] 宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入與開發(fā)實例[M].北京:機械工業(yè)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(yè)西安航空計算技術(shù)研究所助理工程師，研究方向為機載計算機產(chǎn)品調(diào)試與測試。