基于GPIB的多通道采集模块通用可配置自动测试系统

    唐彬浛 李仪 柳明辉 黄涛

    

    

    摘 要：本文设计了一套用于多通道采集模块的通用可配置自动测试系统，详细介绍了系统基于GPIB接口的硬件环境搭建以及软件控制流程。该系统可支持不同种类的多通道采集模块实现多套并行、定时循环、自动测试、数据处理、指标判定、报表输出等功能。

    关键词：自动测试系统;GPIB;多通道采集模块

    Abstract：This paper designs an universal configurable automatic test system for multi-channel acquisition modules，and introduces the hardware environment and software control process about this system based on GPIB interface in detail.The system can be used for different kinds of multi-channel acquisition modules，realizing multiple sets of parallel，timing cycle，automatic test，data processing，index determination，report output and other functions.

    Key words：Automatic test system;GPIB;Multi-channel acquisition module

    多通道采集模塊常用于电子战设备中，完成瞬时带宽覆盖下的干涉仪功能，提取通道间的相位差信息和协方差信息，最终形成PDW报文输出给下一级信号处理模块。根据电子战装备型号的不同，模块的通道个数、指标要求以及对外接口型号也不同。同时，为了保障电子战设备在各种极端恶劣条件下的正常运行，模块需要进行一系列环境应力筛选，并在试验过程中对性能指标进行全覆盖性测试。传统的解决方案是，对应产品特点开发专用的自动测试软件、搭建专用的硬件测试环境。

    近年来该类产品呈现出多品种、小批量的生产模式，传统的解决方案开发代价高、周期长，不能快速响应测试需求，形成高效的测试产出能力。为了支撑生产，急需开发自动化程度更高、通用性更好的集成测试平台。

    基于以上，笔者开发出了一套基于GPIB接口的多通道采集模块通用可配置自动测试系统。测试人员只需将多件待测模块接入系统中，在人机交互界面设置好对应参数，剩下的工作将由主控计算机自动完成，直到拿到完整的测试报告。不仅提高了生产效率，同时也释放了大量的人力、物力资源。

    1 系统硬件设计

    1.1 测试需求分析

    该系统主要利用GPIB总线实现，将多台测试仪器与主控计算机用GPIB进行连接，然后通过计算机控制系统实现对仪器的控制，再加上其他硬件资源，组建一个完整的自动测试系统。

    首先是对测试仪器的选用，从指标测试需求出发，目前在产和即将投产的多通道采集模块常见的指标体系包括：频率覆盖范围、动态范围、灵敏度、测频精度、鉴相精度、脉宽测量精度、重频测量精度、幅度测量精度等，选用带有GPIB接口的信号源、频谱仪、电源、示波器即可完成性能指标测试。

    其次，从通用和多套并行考虑，模块常用对外接口连接器为MLRM或LRM，设计一个通用测试母板，集成MLRM和LAM连接器各5个，同时还包括加电接口和数据传输接口。若产品更迭，只需灵活开发对应母板，即可快速接入系统，实现快速转产。

    最后，从解决资源占用问题考虑，一台信号源只能用于一路激励信号输出，要实现多套并行，需要人工介入，在测试过程中根据测试需求实时更换电缆、切换通道，造成人力、物力资源的极大浪费。笔者在系统中增加开关以及功分器恰好可以解决此问题。常见的多通道采集模块通道数不超过8个，因此选用一分八功分器。开关的增加可实现当前测试模块的选择。模块测试数据由串口RS232上报给主控计算机，用MOXA卡对计算机进行串口扩展，获得5路串口通信。

    1.2 系统硬件环境搭建

    系统硬件连接示意图如图1所示，信号源、频谱仪、电源、示波器之间用GPIB母线连接，仪器与计算机之间利用GPIB-USB-HS连接。硬件连接时需要注意GPIB总线的传输距离最远不得超过20m，且相邻的测试仪器之间最好不要超过2m，系统中每个测试仪器的GPIB主地址都是0～31之间的数，且不能重复。

    时钟源可用信号源或晶振代替，给模块提供采样时钟。信号源输出激励信号，通过1个5路开关控制测试模块位号的选通，每一路各接入1个一分八功分器输入给对应模块。电源通过母板同时给插入母板的模块供电。测试数据通过RS232上报给主控计算机，再由计算机完成测试数据分析、处理、指标判定、报表输出等功能。

    2 系统软件设计

    系统软件需实现时间轴控制、产品协议解析、仪器驱动、指标测试、报表生成等功能，我们选择Microsoft Visual Studio 2010为开发环境、选择C#为开发语言。C#作为高级编程语言开发可靠高效，非常适合进行自动测试平台的开发。

    2.1 功能模块设计

    依据模块化设计原则我们将系统软件划分为以下功能模块。

    2.1.1 可配置接口LoadTestFilePara（）

    软件运行时自动从指定路径的结构化XML文件中解析课题号、通道数、测试频点、测试功率、合格判据等个性化测试参数并传递给测试方法库，用户通过编辑XML文件即可实现对不同课题的产品测试。

    2.1.2 时间轴控制模块GenTime（）

    通过多个定时器对加电线程、监控线程、测试线程进行精准复杂的时间轴控制，满足定时循环测试的一键式测试需求。

    2.1.3 产品协议解析模块GetPDW（）

    同时开启5个串口线程对多个产品进行报文监听和解析，解包逻辑按照产品通信协议编写，解包结果实时显示于全脉冲采集窗口。

    2.1.4 测试方法库TestZB（）

    按照产品规范对多通道采集模块的频率覆盖范围、动态范围、灵敏度、测频精度等指标进行测试方法编写及封装，测试时实时将测试结果更新于DGV控件上。

    2.1.5 仪器驱动库InstrumentControl（）

    通过GPIB总线对程控信号源和程控电源进行控制，支持常见指令如供电开关、射频信号开关、频率功率设置、脉冲参数设置、电流电压设置等的下发。

    2.1.6 报表生成模块WordSave（）

    调用Microsoft Office Word不合格数据自动报红提醒测试人员进行异常处理。调用Microsoft Office Word交互接口对测试数据进行完整准确的记录并自动输出标准化的Word报表，方便检验、归档与后期追溯。

    2.2 测试流程

    软件流程如图2所示。

    运行软件后软件主面板如图3所示。

    主界面由菜单栏、测试配置及控制窗、测试结果显示窗组成。菜单栏可以进行仪器和插损配置、全脉冲采集。测试配置及控制窗可根据实测产品情况设置对应的测试信息并控制测试的执行与中断。测试结果显示窗用于实时显示测试结果。

    （1）点击“仪器与插损测试”，进行仪器GPIB地址配置，插损测试。

    （2）选择产品编号以便调取相应的测试配置文件，根据产品实际连接情况填写对应序列号、串口号，选择试验项目可确定实际测试的性能指标选项同时调取对应的测试报告模板，根据实际情况填写测试参数，勾选“自动保存”。

    （3）点击“设备初始化”，若失敗，检查系统连接状态。

    （4）点击“开始测试”，开启自动测试线程，测试结束后可自动生成报表并储存。

    （5）若产品故障，可点击“全脉冲采集”，查看实时上报的原始数据进行故障分析。

    若进行高低温循环试验，可根据温度变化时间提前设置产品上下电时间，测试时间，点击“开始循环测试”，后续工作无需人员参与即可完成整个试验。同时增加监控功能，若有异常可报警。

    3 结论

    本文介绍了一个基于GPIB的多通道采集模块通用可配置自动测试系统，并阐述了系统的软硬件结构和测试流程。系统通过对通道个数、指标要求的配置，实现多种类、多套并行、定时循环、自动测试、数据处理、指标合格性判定、测试报告输出等功能。解决了当前模块多品种、小批量生产的测试需求。

    参考文献：

    [1]靳取，方晖，柏业超.基于GPIB的数字电路自动测试系统研究[J].南京大学学报，2016，6.

    [2]徐桂城，张志辉，陈晓峰.基于GPIB的多通道光功率计自动校准系统设计[J].光通信技术，2016，5.

    [3]郑敬华，刘晨，高超.一种基于GPIB的自动测试系统实现方法研究[J].信息通信，2012，1.

    作者简介：唐彬浛（1991—），女，硕士，工程师，主要研究方向为中试制造。