基于PXI总线的自动测试设备设计

◇中国航空工业洛阳电光设备研究所 张经宇

本文介绍了基于PXI总线技术的电子设备自动测试设备，实现了设备的自动化测试，保证了测试的可靠性，提高了测试效率，并且通过对设备软件进行升级可以扩充其使用功能，具有良好的可扩展性。

1 引言

随着电子产品功能日趋复杂，功能不断丰富，向高密度、多功能和低成本方向发展，制造周期大大缩短，成品率要求不断提高，自动化测试是必然发展趋势，能够有效降低成本，提高测试效率和准确率。本文提出的测试系统方案是基于PXI总线技术的虚拟仪器系统，利用工业控制计算机配上相应的软硬件，形成多功能测试设备[1]，具有模块便于复用、扩展性强、可靠性高、使用方便等优点，减少了用户开发时间。PXI是由NI公司提出的开放性仪器总线规范，具有强大的软件开发和系统兼容性能。

2 系统组成及功能

测试设备的主要功能是对包括数字信号、模拟信号、标准总线信号和非标准图像等在内的各种被测信号进行实时、快速、准确、可靠地采集，同时在计算机界面上将结果同步实时显示，根据用户需要进行存储和回放图像和数据。设备通过采取屏蔽、接地和滤波等措施保证良好的电磁兼容性，既不受测试环境周围的电磁干扰，也不对被测产品或其他设备造成干扰。

2.1 系统硬件设计

设备以使用PXI总线的工业控制计算机为基础，由供电单元、数据采集单元和信号调理单元等组成，如图1所示。数据采集单元完成模拟信号采集、RS-422通信、LVDS图像采集、生产测试用激励信号、DSP/FPGA测试等功能；信号调理单元将送往或者来自数据采集单元的信号按照要求进行相应的隔离、放大/衰减、驱动或转接等处理后进入数据采集控制单元或输出到被测产品；供电单元为产品提供+27V等可调稳压电源，电源之间相互独立。

（1）数据采集单元。PXI工控机作为数据采集单元的核心，是数据采集、数据输出和控制板卡的硬件平台，实现各种测试和控制功能。数据采集控制单元硬件结构如图2所示。

图2 PXI计算机结构示意图

a、PXI计算机。PXI计算机总线上配置RS422通信、模拟信号采集、数字图像采集等功能模块，机箱需要4槽以上，因此选用NI公司的9槽PXIe-1078机箱，它结合了PXI Express背板设计，将PXI Express连接到每个插槽中，能够满足扩展的需要。

主控计算机选用NI公司的PXIe-8840控制器，处理器为酷睿TMi7 5700EQ，包含两个10/100/1000BASE-TX以太网端口，两个USB3.0端口和四个USB2.0端口以及一个集成硬盘驱动器和其他外设I/O。

b、AD采集卡。选用NI公司的PXI-6259多功能高速采集卡，完成被测产品输出的模拟信号采集。该卡的分辨率为16bit，采样频率为1.25Mb/s，可配置成32个单端或者16个双端差分输入通道，提供48个可分配的数字IO接口和2个32bit、80MHz通用定时器，提高了系统集成度。

c、RS422接口卡。选用NI公司的PXI-8431接口卡，与被测产品进行通讯，选用波特率为460.8kHz。接口卡波特率最高可达3Mb/s，发送/接收FIFO为128B，使用内存映射技术防止资源冲突。

d、LVDS图像采集卡。选用NI公司的PXI-1422接口卡，通过LVDS接口接收视频设备输出的数字图像，采样时钟为40MHz，数据宽度为16bit[2]。产品输出图像帧频为50Hz，分辨率为320*256，每个像素为16bit，数据速率为7.8125Mbytes/s。PXI-1422卡支持132MB/s的PXI总线吞吐速度，硬盘速率最大达到150MB/s，采集和存储都能满足要求。

e、信号产生单元。选用泰克公司2通道AFG3022任意波形/函数发生器，输出信号最高频率为25MHz，包括任意波形发生器、函数发生器、脉冲/脉冲串发生器、触发发生器和噪声发生器等，可以提供标准波形、脉冲和任意波形，选用USB方式与工控机连接。发生器只输出单端信号，需要经过调理电路转换为差分信号。

（2）信号调理单元。设备测试的信号包括模拟和数字信号、单端和差分信号，且传输距离较长，为了避免干扰，提高设备可靠性，需要将信号经过调理后再输入到采集单元。

a、AD信号调理板。产品输出的信号以及工作所需的+28V、±20V电源信号，电压值都超过PXI-6259测量范围，需要对信号进行衰减后输出到采集板进行处理。

b、图像调理板。产品输出的图像数据采用串行LVDS协议，而PXI-1422采集卡只能采集16bit的并行数据，所以首先要由图像调理板完成串并转换，如图3所示。

图3 图像调理板示意图

图4 设备软件框图

（3）供电电源单元。供电单元在测试过程中给被测产品提供正常工作所需电源（+28V等），为保证产品安全，电源模块需要具有过流和过压保护等功能，设备选用4NIC-CK系列电源，电源具有RS485接口，利用该接口可以将4NIC-CK电源与计算机连接，进行双向串行通讯，实现对电源的实时监控[3]。

2.2 系统软件设计

软件主要功能包系统自检，电压和电流监控，向产品发送控制指令，接收并解析产品返回的信息，实时采集并存储数据，对数据进行解析与回放（图4）。

图5 设备软件框图

图像采集软件控制图像采集卡对产品图像进行实时采集。系统采用PXI-1422，该卡的工作模式包括采集单幅图像、序列图像和循环图像。设备需要连续采集图像，所以选择循环获取图像的工作方式。图像采集流程如图5所示。

3 结语

本文设计的测试设备以PXI总线工控机为核心，实现了产品的多功能测试，提高了测试和故障处理效率，大幅提升了测试工作质量，后续可以通过增加PXI板卡和升级软件的方法扩充功能，具有较好的可扩展性。