???? 挑戰(zhàn)：通過PXI 控制板卡和LabVIEW軟件，構(gòu)建一套比較完整齊全的PCB板的功能測試(FCT)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可實現(xiàn)對音頻視頻以及各種靜態(tài)參數(shù)（電壓、電流、頻率）的綜合性全自動測試，對于新開發(fā)生產(chǎn)的PCB板，工廠無需頻繁更換測試硬件，只要添加制作一個測試夾具，重新連接線路，利用LabVIEW開發(fā)編寫測試軟件即可。

　　應(yīng)用方案：使用NI公司的PXI控制硬件平臺結(jié)合NI的圖形化編程軟件LabVIEW快速并成功的開發(fā)構(gòu)建出一個經(jīng)濟、靈活的PCB板功能測試系統(tǒng) (FCT測試系統(tǒng))。

　　該系統(tǒng)采用的PXI 控制板卡可以實現(xiàn)對音頻、視頻以及各種靜態(tài)參數(shù)(電壓、電流、頻率)的綜合性全自動測試，并且通過LabVIEW軟件編程可以實現(xiàn)兼容 GPIB,I2C,Modbus,TCT/IP等多種協(xié)議，通過VISA模塊庫，可以實現(xiàn)對串口隨意方式的數(shù)據(jù)處理，和數(shù)據(jù)交互顯示。

　　使用的產(chǎn)品：

　　軟件

　　LabVIEW 8.2.1 Professional Development System

　　National Instruments drivers

　　NI Vision 8.5 Development Module

　　NI Vision Acquisition 8.5.1

　　Composite Video Generator 5431

　　硬件

　　PXI-1045 18槽3U PXI機箱

　　PXI-6533 高速32位數(shù)字?jǐn)?shù)字I/O卡

　　PXI-6070E 多功能I/O卡

　　PXI-4070 數(shù)字萬用表

　　PXI-5122 示波器卡

　　PXI-2565, PXI-2503多路繼電器板卡

　　PXI-4461 動態(tài)信號采集發(fā)生器

　　PXI-5431 視頻信號發(fā)生卡

　　PXI-1411 視頻分析卡

　　PXI-8420 RS232串口卡

　　PXI-8421 RS485串口卡

　　PXI-8331 卡

　　PCI-GPIB 卡

　　PPS-GW-3202 GPIB 接口電源

　　介紹

　　現(xiàn)代化電子工廠車間批量生產(chǎn)的PCB電路板，除了要進行ICT測試外，還要做最終打包出廠前的功能測試FCT(Functional Circuit Test)。利用NI公司的PXI 控制板卡和LabVIEW軟件構(gòu)建的一套完整的包含音頻、視頻及各種電壓，電流，頻率，開關(guān)量等等的綜合性全自動功能測試平臺。該平臺實現(xiàn)了對各種不同的 PCB電路板的FCT功能測試。通過該平臺無需頻繁更換測試硬件，新產(chǎn)品加入時，只需更換一個ATE測試夾具，按照PXI板卡的硬件資源分配，對測試夾具的插針進行連線到其界面接口，最后修改相應(yīng)的測試軟件即可實現(xiàn)對PCB板的全自動測試。

　　該系統(tǒng)綜合了音頻，視頻的自動測試，包含了GPIB，RS232，RS485， Ethernet等多種接口和通訊方式，測試

　　方法簡單，操作工人測試時只需要將

　　測試夾具壓下、觀察上位機軟件畫面提示，測試完成后抬起測試把柄即可實現(xiàn)全功能測試，測試效率大幅提高。

正文：

　　1.? FCT功能測試現(xiàn)狀

　　現(xiàn)代化電子工廠車間批量生產(chǎn)的PCB電路板，通常要進行ICT和FCT的測試。

　　ICT：IN Circuit test，ICT通常是生產(chǎn)中第一道測試工序，主要運用ICT測試設(shè)備在線檢查單個元器件以及各電路網(wǎng)絡(luò)的開、短路情況。

　　現(xiàn)在大多數(shù)的PCB板都會下載相應(yīng)的Firmware來對板卡進行程序控制，通過ICT的PCB板雖然能夠準(zhǔn)確定位電子元器件的優(yōu)劣，卻無法對整個電路板的功能好壞作出判斷。這就需要測試工程師搭建一個適合PCB板的模擬電路環(huán)境，對電路板的TP(TestPoint)點進行FCT功能測試。

　　FCT：Functional Circuit test，主要是模擬成品的功能，運用測試治具測試產(chǎn)品的功能是否實現(xiàn)的測試系統(tǒng)。

　　現(xiàn)有的工廠產(chǎn)線對PCB的FCT功能測試，大多實現(xiàn)的是一對一的方式，即一種PCB對應(yīng)一個FCT功能測試臺。

　　該種測試臺由測試工程師自己設(shè)計控制電路底板，連接I/O口到測試治具的針盤，然后編寫底板Firmware模擬成品運行環(huán)境，實現(xiàn)對待測PCB板電壓、電流檢測、以及相應(yīng)時序控制。一對一的方式雖然對測試工人是一種方便，但同時也意味著資源浪費，在該類產(chǎn)品出廠后，該FCT測試臺也往往被束之高閣了。對測試工程師不斷的制版，編程，接線等等重復(fù)勞動也是一個不小的工作壓力。

　　2.? PXI測試系統(tǒng)構(gòu)想

　　隨著產(chǎn)品種類越來越多，測試功能越來越復(fù)雜PCB板來說，普通的FCT功能測試臺已經(jīng)無法實現(xiàn)一些特殊的功能測試，例如：音頻，視頻等功能測試。能不能構(gòu)建一個統(tǒng)一的測試平臺來實現(xiàn)大部分的FCT功能測試呢？首先我們設(shè)想的測試平臺必須具有如下測試功能：

?　　1) 多路雙向高速I/O可以實現(xiàn)對測試治具狀態(tài)監(jiān)測的同時，能夠模擬I2C等協(xié)議實現(xiàn)對PCB板的多數(shù)芯片的時序控制。

　　2) 多路模擬量輸入輸出，可以模擬一些波形信號作為PCB板的的輸入信號。

　　3)多通道可控制繼電器陣列，方便實現(xiàn)對信號通斷控制。

　　4) RS232, RS485串口卡，實現(xiàn)串口協(xié)議通信。

　　5) 采集電壓，電流的程序控制萬用表功能。

　　6) 可實現(xiàn)頻率，波形采集的示波器。

　　7) 視頻產(chǎn)生和采集分析功能。

　　8) 音頻采集分析功能。

　　9) 可編程電源。

　　10) 統(tǒng)一編程的軟件。

　　針對如此多的功能實現(xiàn)，倘若都采用儀器設(shè)備，單從費用上來說構(gòu)建這樣一個復(fù)雜的FCT測試系統(tǒng)會是一個不小的開支，這時我們想到了NI。NI作為測試測量業(yè)內(nèi)的專家，為我們提供了很好的技術(shù)服務(wù)，經(jīng)過仔細的需求分析，幫我們推薦了上面的產(chǎn)品清單，我們僅花費了最初一半費用就最終實現(xiàn)了我們的系統(tǒng)構(gòu)想。

3.系統(tǒng)構(gòu)架組成

　　以往一個簡單的FCT功能測試臺，測試治具是必須的，然后根據(jù)PCB板的不同功能需求，設(shè)計制作各種功能的電路底板，然后接線到針盤底座，最后對單片機進行編寫Firmware軟件。大多通過液晶屏顯示測試結(jié)果，復(fù)雜一些的還需要通過串口與上位機編寫的PC軟件進行通信控制，以實現(xiàn)各種測試功能。

　　基于PXI的FCT功能測試臺讓測試工程師從頻繁的設(shè)計制作各種電路板，無休止的編寫Firmware軟件，不斷的連接布線中解脫出來。

　　該FCT功能測試平臺的系統(tǒng)構(gòu)架主要有如下優(yōu)勢：

　　1)統(tǒng)一的硬件資源分配。

　　將各種型號的PXI板卡插入PXI-1045 18槽3U機箱后，按照各種

　　板卡的接口地址，進行統(tǒng)一資源分配。通過SCSI接口電纜將端口線引出到我們稱之為“InteRFace Receiver”的機架側(cè)面上。

　　2) 統(tǒng)一的測試治具接口。

　　該“Interface Receiver”的頂端是一個固定尺寸的針床底座。通過統(tǒng)一尺寸的測試治具底座接口，從而進一步實現(xiàn)了將待測PCB板的TP(TestPoint)的信號引入到PXI板信號采集端。

　　3) 可編程電源控制。

　　通過GPIB控制可編程電源，實現(xiàn)了對各種待測PCB板一定范圍內(nèi)任意電壓，電流的穩(wěn)定供給。

　　4) 統(tǒng)一的上位機軟件控制界面。

　　利用LabVIEW8.2.1的圖形化編程軟件，規(guī)范統(tǒng)一了上位機軟件編程界面，對各個板卡的操作實現(xiàn)了模塊化編程，大大提高了編程效率。

　　5) 合理的機柜布局。

　　因為是一個綜合的FCT測試系統(tǒng)，必然要對設(shè)備有個合理的布局，我們采用了2m×1.2m×1.4m的機柜，分5層布局，由下往上依次設(shè)備是可編程電源，PXI設(shè)備，測試夾具， PC機，視頻監(jiān)視器，PC顯示器。這樣的一個機架緊湊而合理。

　　最終我們構(gòu)建的測試架如圖1所示。

4. PXI測試硬件構(gòu)成分析

　　1)PXI-6533, PXI-6070E的選擇

　　PXI-6533 擁有32條數(shù)字I/O線 (5V TTL/CMOS)，速度高達13.3 MB/s其中的任意兩個I/O完全可以模擬一個I2C總線協(xié)議。數(shù)量上也足夠滿足我們對PCB板I/O控制的需要。對于PXI-6070E的選擇我們看中的是它具有兩通道的模擬量輸出，可以通過軟件編程模型輸出一些特定波形，如正弦波、三角波等，很多時候可以作為音頻信號源使用。

　　PXI-5431高精度模擬視頻信號發(fā)生器，可以模擬視頻信號源輸出到待測PCB板的視頻編解碼芯片，在通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字視頻傳輸畫面到計算機，從而實現(xiàn)對視頻編解碼芯片的測試。一個簡單的視頻信號測試原理如圖2所示。

　　2)? 音頻信號的測試分析。

　　安防類電子產(chǎn)品中，音頻信號的測試是必須的。很多的產(chǎn)品音頻要求必須達到一定的國家標(biāo)準(zhǔn)。為了測試音頻，通常需要花大價錢購買一套音頻分析儀，實現(xiàn)對THD(諧波失真率)，S/N信噪比等精確測量。

　　PXI-4461就是一款完全可以替代音頻分析儀的數(shù)據(jù)采集卡，結(jié)合NI的軟件模塊，可以非常方便的實現(xiàn)對音頻信號的采集分析。

　　另外，對于簡單的音頻信號測試，可以通過PXI-6070E模擬一個正弦信號作為的待測PCB板的音頻信號輸入源，通過PXI-5122讀取音頻信號輸出端頻率，幅值的方法實現(xiàn)FCT功能檢測。

?　　3 ) 其他PXI板卡的使用

　　對于任何測試測量系統(tǒng)，自然離不開繼電器的控制，我們采用了多塊PXI-2565, PXI-2503繼電器板卡。

　　PXI-2565擁有16個獨立的單刀單擲非鎖存繼電器可以方便的實現(xiàn)線路的控制。PXI-2503低壓多路復(fù)用開關(guān)繼電器，在一些特殊電路上非常方便。PXI-8420 RS232串和PXI-8421 RS485串口卡各有兩個串口，擴充了計算機的串口配置，通過VISA編程通信異常方便。

　　PXI-8331 卡高速串口卡，用于跟計算機實現(xiàn)高速通信。

　　PCI-GPIB 卡 實現(xiàn)了對GPIB接口設(shè)備的通信控制。

　　構(gòu)建完成的PXI設(shè)備前面板如圖3。

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　有了穩(wěn)定可靠的硬件，必須結(jié)合方便易用的開發(fā)軟件才能真正的發(fā)揮系統(tǒng)的“十分”效能。NI公司的LabVIEW圖形化編程軟件使得我們的系統(tǒng)如虎添翼，真正發(fā)揮了出了PXI應(yīng)有的功能。

　　軟件的前面板界面也進行了劃分，主要由靜態(tài)參數(shù)顯示窗口，視頻測試窗口，音頻測試窗口，合格率計算窗口，信息提示窗口五部分構(gòu)成。前面板測試界面如圖4所示。

　　1) 靜態(tài)參數(shù)顯示窗口。

　　主要對一些如電壓、電流的模擬量，TTL電平以及GPIO狀態(tài)或者相關(guān)串口通信信息等進行實時狀態(tài)顯示。軟件實現(xiàn)主要通過對DAQmx模塊的調(diào)用，讀取PXI-6533，PXI-6070E、或者通過繼電器切換利用PXI-4070進行讀取實現(xiàn)。參數(shù)測試完成，會將測試數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫文件中，供操作員查看或生成報表。

　　2) 視頻測試窗口。

　　利用WebBrowser控件將PXI-5431產(chǎn)生的Color Bar視頻圖像再經(jīng)過待測PCB板編解碼后，通過網(wǎng)絡(luò)

　　Ethernet實時的顯示在該窗口，由操作員判斷圖像好壞。

　　3) 音頻測試窗口

　　通過PXI-6070E的模擬量輸出通道模擬輸出了一個1KHZ，800mV的正弦波到待測PCB板的Audio In輸入端，通過PXI-5122示波器卡對Audio Out的輸出波形進行檢測，對照輸入端頻率幅值進行比較，實現(xiàn)測量音頻信號。

????? 4) 合格率計算框

　　該框中對所有測試的PCB板數(shù)量進行了統(tǒng)計，通過與失敗的一目了然，同時進行了合格率百分比計算。該框中還包含了一個產(chǎn)品序列號的輸入框，操作員通過條形碼掃描槍將產(chǎn)品序列號掃入，即可作為該產(chǎn)品的唯一識別標(biāo)識登記到數(shù)據(jù)庫中。

　　5) 信息提示窗口

　　該窗口用于實時測試步驟的信息提示，提示操作員當(dāng)前操作步驟，當(dāng)測試出錯時會紅色字體顯示出錯代碼，提示操作員處理。軟件控制界面解析如圖4所示。軟件前面板主控界面如圖5所示。

?????? 整個軟件程序框架采用了事件+狀態(tài)機的結(jié)構(gòu)，狀態(tài)機是LabVIEW程序中最常用的設(shè)計模式之一，它由一個主循環(huán)和一個Case結(jié)構(gòu)組成，利用移位寄存器實現(xiàn)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，在編程中我們利用了Typedef來實現(xiàn)狀態(tài)枚舉值，構(gòu)建了模板，這樣可以很方便的添加減少狀態(tài)值。同時在狀態(tài)機的Idle狀態(tài)中加入事件結(jié)構(gòu)，當(dāng)每次狀態(tài)完成，跳轉(zhuǎn)到Idle狀態(tài)都會實時響應(yīng)操作員的界面操作，程序框圖如圖6所示。

　　結(jié)論

　　通過NI公司先進的PXI技術(shù)，能夠準(zhǔn)確而快速地對硬件進行控制和數(shù)據(jù)采集；同時PXI驅(qū)動庫DAQmx與LabVIEW軟件開發(fā)平臺的無縫連接，利用PXI構(gòu)建的FCT功能測試臺， 雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號量較多，但是結(jié)構(gòu)調(diào)理，功能強大，易于修改，同時實現(xiàn)了資源共享，經(jīng)過大量的實驗，測試，我們非常成功的運用多臺這樣的FCT功能測試臺到了工廠的產(chǎn)線中，并且穩(wěn)定可靠。每次新產(chǎn)品釋放的時候，研發(fā)工程師只需要添加一個治具，根據(jù)資源分配表壓針，連線，修改軟件即可；大大減少了測試工程師的工作負荷。相信NI的產(chǎn)品在該行業(yè)會有更加深入的應(yīng)用。