基于LabVIEW的电路测试系统设计分析

当前，电子系统功能的日趋复杂，硬件电路测试已经成为电子产品生产过程中非常重要的一个环节。电子产品不断向着微型化发展，集成度越来越高，研制周期则不断缩短，这些都给测试工作带来了新的要求和挑战，因此电路自动化测试成为必然的发展趋势。

本文提出的解决方案是以工控机为核心组成的虚拟测试仪器，系统软件采用Labview来进行设计开发。Labview是一种基于图形的编程开发工具，广泛应用于工业仪器设备研发，能够用来建立直观、灵活的虚拟仪器面板。该测试系统为被测试产品提供工作所需的电源，产生被测试产品正常工作所需的各种输入信号，采集产品输出的信号，由软件自动进行处理、判断并存储测试结果。（更多关于LabVIEW的文章可参考这篇《基于LabVIEW的模拟电路设计》）

1 系统组成及功能

测试设备的主要功能是对各单板进行分时测试，主要由测试控制系统、电源单元、信号产生单元、数据采集单元、模拟负载单元、继电器/开关阵列、设备接口和仿真器等部分组成， 如图1所示。

图1 设备组成示意图

测试控制系统主要作用是调配系统资源，完成对被测产品的自动测试，记录并显示测试结果；电源单元为各单板测试提供电源；信号产生单元为各单板提供必要的输入信号，包括正弦波、方波、PWM波以及LVCMOS逻辑电平等；数据采集单元第被测单板的测试数据进行采集、转换和传输，主要由数字多用表和数据采集卡组成；模拟负载单元为电源板测试提供模拟负载。

2系统硬件设计

系统硬件主要包括电源、数字多用表工控机、信号产生及数据采集单元、GPIB通讯卡、电子负载、LED显示模块、仿真 器、测试电缆、继电器开关阵列及辅助电路等组成。

（1）电源单元。电源单元由直流稳压源和电源转换板组成。直流稳压源为电源板提供+28V、为单板2提供+27V、为电 源转换板提供+24V等电源。电源转换板主要将直流电源提供的+28V转换为各单板工作所需要的+12V、+5V、+3.3V、+8V等电源。

（2）信号产生单元。信号产生单元主要用来产生测试时所需的方波、正弦波等测试信号，采用NI公司的任意函数发生器PCI-5402。PCI-5402频率分辨率高达355 μHz，内置正弦波、方波、三角波和噪声波，可以生成20 MHz正弦波和方波，有效采样率可以达到400 MS/s。

（3）数据采集单元。数据采集单元包括模拟电路处理和数字电路处理两个部分。模拟电路处理部分用来采集接入的电压、电流等信号，将接入的信号进行ADC转换后由控制软件读 入数据并进行处理。数字电路处理部分用来测试控制信号、PWM等信号的频率等信息。数据采集卡采用NI公司的PCI-6295 采集卡， 该卡带有32路的16位模拟输入通道， 采样速率为1 MS/s；带有4路16位、2.8 MS/s的模拟输出，带有48路可编程数字I/O通道，可以方便的对信号进行控制。

（4）继电器阵列设计。为了完成输出信号进行不同的测试项目，采用继电器矩阵的形式，根据测试项目将被测信号接入所需的通道。为了自动控制产品的上电和下电，电源也需要通过继电器开关来进行控制。

考虑到实际的应用环境，结合继电器本身固有的工作电压、关断电压等电气参数，对于+28V电源的控制继电器，选用OMRAN公司的功率继电器（型号为：G6B-1174P-US）；对于 用于功率测量的继电器，由于也可能存在较高的电压、较大的电流的情况， 采用OMRAN公司的功率型继电器（ 型号为：G6B-2214P-US）；对于模拟负载，采用Panasonic公司的四通道继电器，这样能够有效降低使用器件的数量。

（ 5） GPIB通讯卡。GPIB是通用的程控测试仪器通信协议。测试设备中，工控机就通过GPIB来和直流稳压电源、电子负载、数字多用表等进行通信，包括设定电源输出电压和启停等；电子负载的工作启停、工作参数；数字多用表的工作模式、测量结果等。GPIB通讯卡采用研华公司的PI-1671UP，传输速率达到1.5 MB/s。

3系统软件设计

设备软件从功能上主要由以下部分组成：用户管理单元、设备自检测单元、信息采集单元、信息分析单元、信号生成单元和报表生成单元等。信息采集单元负责采集并保存各种信号的测试数据；信号生成单元的功能是根据测试项目的不同，控制内部信号源设备生成实际测试所需要的各种输入信号；数据分析单元把获得的各种测试数据与相应的指标要求进行比对，判定测试项目是否合格；报表生成单元将测试数据和分析结果按照规定的表格进行输出。

软件总体流程如图2所示。测试软件的运行流程为：操作者在界面上运行测试软件后，程序自动对各种变量和系统参数进行初始化，然后对测试设备本身进行检测，在保证设备工作正常的情况下继续测试，避免因设备原因损伤被测件；操作者根据需要选择自动测试模式或者手动操作模式。自动测试模式下，操作者选定常温测试或者振动测试后，测试设备根据事先设计的测试项目和测试流程，对被测件完成测试并给出测试结果；手动测试模式下，操作者选定需要执行的测试项目后，测试设备针对给定的项目完成测试并给出测试结果。

图2 测试软件总体流程图