《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于LabVIEW的電路板信號檢測系統(tǒng)

2008-12-29
作者:唐 波, 潘紅兵, 杜 煒

??? 摘 要: 以LabVIEW圖形化程序設(shè)計語言為平臺,成功地將PXI和GPIB總線技術(shù)應(yīng)用于電路板信號檢測" title="電路板信號檢測">電路板信號檢測。同時借助CPLD的可編程功能生成大量工作信號,逼真地模擬了電路板的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫的成功運(yùn)用也為系統(tǒng)的完善提供了強(qiáng)有力的保障。
??? 關(guān)鍵詞: LabVIEW; PXI; GPIB; CPLD; 數(shù)據(jù)庫

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??? 傳統(tǒng)的電路板維修過程中,操作人員無法直接觀察輸入輸出信號,只能通過故障現(xiàn)象,根據(jù)自身的經(jīng)驗和對電路的分析,猜測判斷故障的位置。如果能全面直觀地將輸入輸出信號全部顯示出來,讓維修人員清楚每一個引腳的信號特征,那么故障分析、定位以及維修難度將會極大降低。基于這個想法本文介紹了一種電路板信號檢測系統(tǒng)。
?????????????????????????????????? 系統(tǒng)硬件
??? 本系統(tǒng)以計算機(jī)為核心,通過相應(yīng)接口,分別控制PXI數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集卡、遵循GPIB標(biāo)準(zhǔn)的示波器和信號發(fā)生器,并通過PXI系統(tǒng)發(fā)送控制指令,實現(xiàn)對信號發(fā)生系統(tǒng)的控制,通過電路板適配器的轉(zhuǎn)接,使輸出到電路板的信號和電源等信號正確到達(dá)被測電路板相應(yīng)的管腳,同時反向獲得被測電路板的工作信號。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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????????????????????????????????? 信號發(fā)生系統(tǒng)
??? 信號發(fā)生系統(tǒng)主要由CPLD、晶振以及相應(yīng)的外設(shè)電路組成。在本系統(tǒng)中,CPLD主要完成:接收計算機(jī)通過PXI數(shù)據(jù)采集卡" title="數(shù)據(jù)采集卡">數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的控制信息;產(chǎn)生所需要的信號并根據(jù)控制信息有選擇地輸出[1]。其中接收控制信息的通信模塊的原理圖以及時序圖如圖2所示。圖中da為要傳輸?shù)目刂菩畔?t為控制位,cl為同步時鐘,r為奇偶校驗結(jié)果。

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??? 信號產(chǎn)生和輸出模塊的原理如圖3所示。

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????????????????????????????????????? PXI總線系統(tǒng)
??? PXI總線系統(tǒng)" title="總線系統(tǒng)">總線系統(tǒng)包括PXI機(jī)箱和PXI數(shù)據(jù)采集卡,是按照PXI規(guī)范建造的插卡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)中使用了NI PXI-1042機(jī)箱、NI PXI-8196嵌入式控制器、NI PXI-6259數(shù)據(jù)采集卡以及相應(yīng)的附屬部件[2]。由于這些設(shè)備都屬于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,因此系統(tǒng)構(gòu)建相對簡單,只需要按照規(guī)范要求進(jìn)行連接即可。
??? 在本系統(tǒng)中,PXI總線系統(tǒng)主要用來完成數(shù)字信號以及低頻模擬信號的產(chǎn)生和采集,同時利用數(shù)據(jù)采集卡中大量的靜態(tài)I/O資源,完成對CPLD的復(fù)位、信號選擇等。
??????????????????????????????????? GPIB總線系統(tǒng)
??? GPIB總線系統(tǒng)包括GPIB接口卡和遵循GPIB標(biāo)準(zhǔn)的儀器。由于GPIB不是標(biāo)準(zhǔn)PC總線,所以計算機(jī)到GPIB儀器的連接需要通過GPIB接口卡來實現(xiàn)[3]。在本系統(tǒng)中,GPIB總線系統(tǒng)用來生成PXI總線系統(tǒng)無法生成的信號。同時GPIB總線系統(tǒng)可以拓展PXI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的頻帶限制,用來采集超過PXI數(shù)據(jù)采集卡最高采樣速率的信號。這樣可節(jié)省購置更高速率數(shù)據(jù)采集設(shè)備的費用,并且實現(xiàn)起來也比較容易。GPIB總線系統(tǒng)的組建同PXI總線系統(tǒng)。
??????????????????????????????????? 電路適配器板
??? 由于多塊被測電路板規(guī)格上的差異,在系統(tǒng)中定義了電路適配器板。電路適配器板相當(dāng)于一個被分解的繼電器陣列,根據(jù)電路板的不同有不同的適配器板,可以穩(wěn)定地為電路板路由工作電源、輸入信號以及將輸出信號路由至相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集端口,這樣做不僅極大地降低了成本和實現(xiàn)難度,而且有利于后續(xù)的系統(tǒng)升級。
???????????????????????????????? 系統(tǒng)軟件
??? 系統(tǒng)軟件包括LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)主程序、PXI數(shù)據(jù)采集程序、GPIB儀器控制程序、數(shù)據(jù)庫管理程序" title="管理程序">管理程序。下面分別詳細(xì)介紹。
在本系統(tǒng)中,主程序、數(shù)據(jù)采集程序、儀器控制程序以及數(shù)據(jù)庫管理程序等都是由LabVIEW開發(fā)完成,其基本流程如圖4所示。其中,主程序用來完成各個子模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)行,并負(fù)責(zé)信息顯示及程序的啟動和退出等。

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?????????????????????????????????? PXI數(shù)據(jù)采集程序
??? 在本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集程序核心部分全部使用NI-DAQmx函數(shù)[4]。數(shù)據(jù)采集程序主要用來控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集被測電路板的大部分?jǐn)?shù)字和模擬信號以及部分?jǐn)?shù)字和模擬信號的輸出。
??? 圖5所示為PXI數(shù)據(jù)采集的核心程序的一部分,由圖可以看出,首先由DAQmx Create Virtual Channel函數(shù)創(chuàng)建了數(shù)字信號采集任務(wù),接著DAQmx Timing函數(shù)將任務(wù)配置為有限采集,采樣點數(shù)為100 000,采用PXI機(jī)箱提供的20MHz時鐘。然后啟動任務(wù),采集方式為多通道多樣本采集。這樣采集出來的信號為一維的波形數(shù)據(jù),要對采集出來的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的顯示,就必須對波形數(shù)據(jù)里面的dt項進(jìn)行設(shè)置,設(shè)置dt為5E-8(這個數(shù)據(jù)由20MHz求倒數(shù)換算得來)。最后由DAQmx Wait Until Done函數(shù)和DAQmx Clear Task函數(shù)等待任務(wù)結(jié)束,并且釋放系統(tǒng)資源。其他部分為輔助程序。

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圖5? 數(shù)據(jù)采集程序


??????????????????????????????????? 儀器控制程序
??? 儀器控制程序通過GPIB接口卡控制GPIB儀器產(chǎn)生或采集信號,并把生成的信號傳送到被測電路板相應(yīng)管腳,同時將采集到的信號傳送給計算機(jī)。
??? 在本系統(tǒng)中,使用到的儀器有TDS220示波器和SG1501M信號源。圖6為開發(fā)的儀器控制程序的一部分。

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圖6? 儀器控制程序


??? 從程序中可以看出,通過GPIB Write函數(shù)按照地址“1”,將示波器控制命令“DATa:SOUrce CH1;:DATa:ENCdg RIBINARY;WIDTH 1;:CURVe?”寫給儀器,按照命令要求,示波器將會返回測試通道1的波形數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式為二進(jìn)制)。此時返回數(shù)據(jù)的總數(shù)為3 000,然后GPIB Read函數(shù)讀取返回值,3 000個數(shù)據(jù)中只有后2 500個是實際的波形數(shù)據(jù),其他為附加信息,因此要剔除掉,同時進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。然后設(shè)置好參數(shù)就可以進(jìn)行顯示了。參數(shù)設(shè)置同樣也是為了解決橫軸和縱軸在示波器和程序中標(biāo)度的不一致。圖中設(shè)置的0.001為示波器的“秒/格”值除以2 500的結(jié)果。示波器在縱軸方向上的采樣點數(shù)為256,所以3.125為“伏/格”除以256所得結(jié)果,然后再乘以Y值,即為實際信號的幅度。
??????????????????????????????????? 數(shù)據(jù)庫管理程序
??? 數(shù)據(jù)庫管理程序使用NI公司的專用工具包LabVIEW SQL Toolkit實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問,主要完成數(shù)據(jù)的存儲、刪除、讀取以及查找等一些數(shù)據(jù)庫的操作。圖7為讀取數(shù)據(jù)的部分程序。可以看出,程序中有GPIB儀器控制的部分,從數(shù)據(jù)庫中讀取儀器命令,通過GPIB Write函數(shù)傳送到儀器中。此處為對信號源的控制。

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圖7? 數(shù)據(jù)庫管理程序


??? 本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對被測電路板所有輸入輸出信號的檢測,因此工作人員可以很直觀方便地看到自己感興趣的信號,并且具有良好的視覺效果。本系統(tǒng)在投入實際使用之后,可以很大程度地提高電路板維修時的故障定位速度和精度,同時由于系統(tǒng)詳細(xì)地反映了電路板各種信號特征,因此可以增強(qiáng)維修人員對電路板的熟悉程度和維修能力。
參考文獻(xiàn)
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