| 标题 | 某引信信号处理电路测试仪的设计与实现 |
| 范文 | 张原 乔斌 刘小龙 摘 要： 以某引信信号处理电路测试仪的设计为背景，考虑到各种测试任务的共性与特点，提出了软硬件相结合的通用化、模块化的设计方法；对该测试系统的总体设计、硬件配置、硬件原理、软件模块化设计、软件流程进行了详细的描述；经过后期的测试证明，该测试系统通用性能好，操作简单易懂，对其他测试系统的设计与发展以及提高武器系统的可维护性和可靠性有重要的意义。 关键词： 引信信号处理电路； 模块化设计； 通用化设计； 测试系统 中图分类号： TN952?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0023?03 0 引 言 现代武器装备的战斗力和效能，不仅依赖于武器装备的高性能，还需通过高可靠性、维修性和保障性充分体现装备的综合效能。对于很多信号处理电路板，要进行各项指标测试，就需要一个自动测试系统。自动测试系统需要包括具有计算、处理能力的计算机，在测试过程中各种复杂的分析、统计、判断、处理的结果可以通过多种方式输出。自动测试系统避免了人为因素的误差，可获得十分良好的测试性。 1 结构设计 1.1 总体设计结构 图1是整个测试系统的组成结构，介绍系统在测试过程需要的主要部件。被测电路板通过DB25接口与测试仪相连接，工控机分别连接测试仪、打印机以及显示器。工控机的作用是通过软件进行逻辑控制和状态判读，根据系统工作状态产生各种逻辑控制信号以及测试报表等；测试仪用来测试信号处理目标板的工作的正确性，测试系统模拟被测目标板实际工作所需信号，按要求向被测电路板提供所需各种电源及各种激励信号，并记录分析被测电路板的响应，从而判断被测对象工作的正确性。 图1 系统组成结构 图2是测试仪的组成原理图，测试仪通过上位机进行测试任务的设定、测试结果的显示，测试仪的DSP控制任务的执行和上位机之间的通信，测试仪还包括多普勒生成模块、信号采集判决模块、电压电流采集模块、电源模块，这些模块将在下文中重点介绍，存储器完成测量的数据暂存。 1.2 硬件模块设计 1.2.1 多普勒设计模块 多普勒信号发生电路的作用是根据上位机的指令要求生成对应的多普勒信号，经过信号处理后输出给被测电路板，由对应的状态指示灯显示控制信号工作状态。多普勒信号生成原理如图3所示，这里采取DSP对整个包络周期进行计算，将每个点的计算值下传到RAM中，按照固定频率逐个读出RAM值，通过D/A转换完成输出多普勒信号。 图2 测试仪组成原理 图3 多普勒信号生成原理图 采用这种方法的优点是比较直接的将多普勒信号进行输出，以一个完整外包络为周期输出，RAM选用1M×16的存储空间，外包络单周期最大时间为500 ms，通过循环输出完成连续的多普勒信号输出。对外包络可以进行任意波形的定义，非常方便。与传统采用先产生正弦波再进行调制的方法不同，传统的方法采用DDS生成正弦波，然后通过硬件对正弦波进行调制，这里采用的方法实际上调制过程在DSP单片机已经完成，只不过是数字化量，硬件负责组织完成D/A输出，从这个角度讲这种方法结构简单。 1.2.2 信号采集判决模块 信号处理板接收多普勒信号发生电路产生的激励信号，做出反应的输出信号，送入信号判读反馈电路进行锁存和分析，以获得多路信号的时序关系和测量值，将测试结果反馈给工控机进行进一步处理，并由对应的状态指示灯显示控制信号工作状态。 （1） 电源电压及电流的测量电路如图4所示。 根据被测电压的大小和A/D的测量范围（2.5 V），选用[R1=]500 kΩ，[R2=]100 kΩ。电压为-12 V时，需要通过反向放大电路来完成。电流的测量如果取[VRs=]100 mV，假设实际用电最大为150 mA，那么[Rs≈]500 mΩ。 图4 电源电压及电流测量原理图 （2） 过门限信号nplg、近炸信号Upf的测量电路 通过前端整形电路，由DSP的A/D和定时器完成对幅度和宽度的测量。定时器使用10 MHz晶振，分辨率为0.1 μs，满足系统精度要求。如图5所示。 图5 nplg，Upf的测量电路 （3） 几种时间参数的测量 时间量的测试电路如图6所示。 图6 时间量的测量电路 其中的几个需要测量的时间量说明如下： 跳频输出门限参数[Ucm：]根据Utp1发生正跳变时记下此时对应的[Uc]的峰?峰值； 计数器启动方波数[N0：]根据Ufd和Ujsc信号计算脉冲个数； 系统启动延迟时间[τy：]以[Ub≥]0.4 V（峰?峰值±0.2 V）为起点，nplg上升沿为终点的时间差； 多普勒整形门限参数[Ubm：]当Ufd的第一个脉冲到来时，其前沿对应的[Ub]一个周期内的峰?峰值。 1.2.3 供电模块 供电模块为主机箱各种指示灯和目标板提供所需的多路直流电源，其中包括被测电路板的（5.0±0.2） V，（12±0.3） V，（-12±0.3） V。电源电路如图7所示。 给目标板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，测试电路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，这里选用NCP117系列电源管理芯片，该器件能够提供最大1 A的电流，电压精度高，具有温度补偿功能，热关断和电流限制保护功能。其中，5.0 V电压通过下式调节两个电阻大小得到： [Vout=Vref1+R2R1+IadjR2] 1.3 软件模块设计 测试仪软件设计分为上位机软件设计和DSP软件设计两部分。 上位机软件采用LabWindows/CVI，运行环境为Windows XP。它以ANSI C为核心，将功能强大、使用灵活的C语言平台与数据采集、分析和表达的测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。图8为上位机软件组成模块。 图8 软件组成结构 上位机软件各个模块的具体功能简单地介绍如下： 界面模块：完成用户的操作界面； 自检模块：检查主要硬件电路的工作状态； 权限管理模块：区分不同用户对软件的使用权限，分为普通用户和管理员用户； 输出打印模块：可以将所有测试参数依照规定的格式输出打印，打印格式由用户定义，可以进行打印预览； 通信模块：完成与测试电路的信息传递； 测试模块：可以进行单项和自动全流程测试。 下位机DSP软件采用C语言编写。DSP软件主要模块及功能简介如下： 通信模块：完成对CPLD任务的装订和上行测试数据的回传； 波形数据计算模块：按照用户的要求计算波形数据； 测试流程模块：控制自动化流程测试的每一项工作； 采集模块：利用DSP的计数器和A/D功能参与部分量的测量。 2 工作流程 测试仪测试流程如图9所示。 图9 测试工作流程 在系统自检时，程序会自动读入硬件资源，并添加所需测试的硬件。进入程序界面后，用户首先要选择权限，管理员拥有修改测试参数、手动设置测试流程、向互联网发送测试结果等权限，而操作员只能进行自动测试项测试。上位机发送测试指令后，下位机通过DSP产生信号完成对电路板的测试，最后显示结果并以Word形式填写测试结果报表，管理员权限还可以选择上传结果。 3 结 语 本文的引信信号处理测试系统采用了通用化、模块化的设计思想和结构，使系统不仅具有自动化程度高、工作稳定可靠、用户界面友好、操作简便、易于维护的特点，而且系统具有很强的功能扩展能力和适用性。在产品更新换代时，相比传统的测控系统本系统能够以很小的代价满足新的测试需求，这在当今武器系统飞速发展 装备更新换代速度快的情况下具有特别重要的意义。 参考文献 [1] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北京：清华大学出版社，2013. [2] 陈绍炜，孙浩.基于某型投放装置的通用性测试软件设计[J].电子设计工程，2012（20）：49?51. [3] 张原，李刚.基于某型控制盒单板测试软件的通用化设计[J].计算机测量与控制，2012（1）：89?91. [4] 雷毅.RNC整机测试平台单板测试功能模块的设计实现[D].武汉：武汉理工大学，2009. [5] 杨东凯，梁帆，凌桂龙.DSP嵌入式系统[M].北京：中国电力出版社，2009. [6] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001（3）：125?128. 给目标板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，测试电路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，这里选用NCP117系列电源管理芯片，该器件能够提供最大1 A的电流，电压精度高，具有温度补偿功能，热关断和电流限制保护功能。其中，5.0 V电压通过下式调节两个电阻大小得到： [Vout=Vref1+R2R1+IadjR2] 1.3 软件模块设计 测试仪软件设计分为上位机软件设计和DSP软件设计两部分。 上位机软件采用LabWindows/CVI，运行环境为Windows XP。它以ANSI C为核心，将功能强大、使用灵活的C语言平台与数据采集、分析和表达的测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。图8为上位机软件组成模块。 图8 软件组成结构 上位机软件各个模块的具体功能简单地介绍如下： 界面模块：完成用户的操作界面； 自检模块：检查主要硬件电路的工作状态； 权限管理模块：区分不同用户对软件的使用权限，分为普通用户和管理员用户； 输出打印模块：可以将所有测试参数依照规定的格式输出打印，打印格式由用户定义，可以进行打印预览； 通信模块：完成与测试电路的信息传递； 测试模块：可以进行单项和自动全流程测试。 下位机DSP软件采用C语言编写。DSP软件主要模块及功能简介如下： 通信模块：完成对CPLD任务的装订和上行测试数据的回传； 波形数据计算模块：按照用户的要求计算波形数据； 测试流程模块：控制自动化流程测试的每一项工作； 采集模块：利用DSP的计数器和A/D功能参与部分量的测量。 2 工作流程 测试仪测试流程如图9所示。 图9 测试工作流程 在系统自检时，程序会自动读入硬件资源，并添加所需测试的硬件。进入程序界面后，用户首先要选择权限，管理员拥有修改测试参数、手动设置测试流程、向互联网发送测试结果等权限，而操作员只能进行自动测试项测试。上位机发送测试指令后，下位机通过DSP产生信号完成对电路板的测试，最后显示结果并以Word形式填写测试结果报表，管理员权限还可以选择上传结果。 3 结 语 本文的引信信号处理测试系统采用了通用化、模块化的设计思想和结构，使系统不仅具有自动化程度高、工作稳定可靠、用户界面友好、操作简便、易于维护的特点，而且系统具有很强的功能扩展能力和适用性。在产品更新换代时，相比传统的测控系统本系统能够以很小的代价满足新的测试需求，这在当今武器系统飞速发展 装备更新换代速度快的情况下具有特别重要的意义。 参考文献 [1] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北京：清华大学出版社，2013. [2] 陈绍炜，孙浩.基于某型投放装置的通用性测试软件设计[J].电子设计工程，2012（20）：49?51. [3] 张原，李刚.基于某型控制盒单板测试软件的通用化设计[J].计算机测量与控制，2012（1）：89?91. [4] 雷毅.RNC整机测试平台单板测试功能模块的设计实现[D].武汉：武汉理工大学，2009. [5] 杨东凯，梁帆，凌桂龙.DSP嵌入式系统[M].北京：中国电力出版社，2009. [6] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001（3）：125?128. 给目标板需要+12 V，-12 V，+5.0 V，测试电路本身需要+5.0 V，-5 V，+3.3 V，这里选用NCP117系列电源管理芯片，该器件能够提供最大1 A的电流，电压精度高，具有温度补偿功能，热关断和电流限制保护功能。其中，5.0 V电压通过下式调节两个电阻大小得到： [Vout=Vref1+R2R1+IadjR2] 1.3 软件模块设计 测试仪软件设计分为上位机软件设计和DSP软件设计两部分。 上位机软件采用LabWindows/CVI，运行环境为Windows XP。它以ANSI C为核心，将功能强大、使用灵活的C语言平台与数据采集、分析和表达的测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。图8为上位机软件组成模块。 图8 软件组成结构 上位机软件各个模块的具体功能简单地介绍如下： 界面模块：完成用户的操作界面； 自检模块：检查主要硬件电路的工作状态； 权限管理模块：区分不同用户对软件的使用权限，分为普通用户和管理员用户； 输出打印模块：可以将所有测试参数依照规定的格式输出打印，打印格式由用户定义，可以进行打印预览； 通信模块：完成与测试电路的信息传递； 测试模块：可以进行单项和自动全流程测试。 下位机DSP软件采用C语言编写。DSP软件主要模块及功能简介如下： 通信模块：完成对CPLD任务的装订和上行测试数据的回传； 波形数据计算模块：按照用户的要求计算波形数据； 测试流程模块：控制自动化流程测试的每一项工作； 采集模块：利用DSP的计数器和A/D功能参与部分量的测量。 2 工作流程 测试仪测试流程如图9所示。 图9 测试工作流程 在系统自检时，程序会自动读入硬件资源，并添加所需测试的硬件。进入程序界面后，用户首先要选择权限，管理员拥有修改测试参数、手动设置测试流程、向互联网发送测试结果等权限，而操作员只能进行自动测试项测试。上位机发送测试指令后，下位机通过DSP产生信号完成对电路板的测试，最后显示结果并以Word形式填写测试结果报表，管理员权限还可以选择上传结果。 3 结 语 本文的引信信号处理测试系统采用了通用化、模块化的设计思想和结构，使系统不仅具有自动化程度高、工作稳定可靠、用户界面友好、操作简便、易于维护的特点，而且系统具有很强的功能扩展能力和适用性。在产品更新换代时，相比传统的测控系统本系统能够以很小的代价满足新的测试需求，这在当今武器系统飞速发展 装备更新换代速度快的情况下具有特别重要的意义。 参考文献 [1] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北京：清华大学出版社，2013. [2] 陈绍炜，孙浩.基于某型投放装置的通用性测试软件设计[J].电子设计工程，2012（20）：49?51. [3] 张原，李刚.基于某型控制盒单板测试软件的通用化设计[J].计算机测量与控制，2012（1）：89?91. [4] 雷毅.RNC整机测试平台单板测试功能模块的设计实现[D].武汉：武汉理工大学，2009. [5] 杨东凯，梁帆，凌桂龙.DSP嵌入式系统[M].北京：中国电力出版社，2009. [6] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001（3）：125?128. |
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