PWM電路自動測試系統(tǒng)設(shè)計方案

　　自動測試系統(tǒng)（ATS）是指能自動完成測量、數(shù)據(jù)處理、顯示（輸出）測試結(jié)果的一類系統(tǒng)的總稱。在不同的技術(shù)領(lǐng)域里，測試內(nèi)容、要求、條件和自動測試系統(tǒng)各不相同，但都是利用計算機(jī)代替人的測試活動。一般自動測試系統(tǒng)包括控制器、激勵源、測量儀表、開關(guān)系統(tǒng)、人機(jī)接口和被測單元一機(jī)器接口等部分。本自動測試系統(tǒng)的測試對象是PWM電路板，如圖1所示。PWM（脈寬調(diào)制）是利用改變占空比而使輸出電壓得到改變的電路。PWM技術(shù)廣泛甩于直流電機(jī)調(diào)速等場合。

　　其工作原理是：如圖2所示，F(xiàn)點(diǎn)產(chǎn)生一個三角波，通過調(diào)節(jié)RP3可以調(diào)節(jié)三角波的幅度，調(diào)節(jié)RP2可以調(diào)節(jié)三角波的頻率。U1D為電壓比較器，F(xiàn)點(diǎn)波形和B點(diǎn)波形通過比較最終得出C點(diǎn)波形。由于C點(diǎn)的PWM波形是F點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓進(jìn)行比較出來的，所以通過調(diào)節(jié)RP1可以調(diào)節(jié)B點(diǎn)的電壓值，就可以調(diào)節(jié)C點(diǎn)波形的占空比，確保C點(diǎn)波形的占空比超過50%.C點(diǎn)波形經(jīng)過OTL電路驅(qū)動后得到最終的測試D點(diǎn)波形。在D點(diǎn)得到放大后的方波信號后，經(jīng)CMOS管作為驅(qū)動輸出信號，可以驅(qū)動電動機(jī)或信號燈。

　　1 測試任務(wù)

　　本設(shè)計的測試任務(wù)是：以PWM電路板為測試對象，用帶USB接口的數(shù)字示波器Tek TBS1012B-SC和矩陣開關(guān)、數(shù)字I/O卡組建測試平臺，在LabVIEW開發(fā)平臺上，設(shè)計一個測量PWM電路板關(guān)鍵點(diǎn)波形的自動測試系統(tǒng)。

　　使其具備如下功能：

　?。?）可以觀測調(diào)整三角波輸出頻率和波形，并能以人機(jī)交互的方式調(diào)整，fo=1kHz±5%;Up=3V±10%.

　?。?）可以觀測比較器輸出C點(diǎn)的波形。并能以人機(jī)交互的方式調(diào)整C點(diǎn)的占空比到50%.

　?。?）可以觀察D點(diǎn)調(diào)制波形。

　?。?）可以在測試系統(tǒng)的界面上集中顯示F、C、D點(diǎn)的測量波形與頻率、幅度。

　　2 硬件平臺

　　本系統(tǒng)利用LabVIEW作為開發(fā)平臺編寫測試程序。對PWM電路關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測試，從而判斷電路組件是否達(dá)到預(yù)定功能。系統(tǒng)硬件平臺主要由Tek TDS1012B-SC、穩(wěn)壓電源、矩陣開關(guān)、矩陣開關(guān)驅(qū)動部件-NI6509數(shù)字I/O卡等幾部分組成。硬件平臺如圖3所示。

　　2.1 示波器

　　由于系統(tǒng)是用來測量PWM電路中關(guān)鍵點(diǎn)F、C、D的波形，在系統(tǒng)開始進(jìn)行測試之前，需要對電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)試要求為：調(diào)整三角波頻率和幅度，使fo=1kHz±5%;Up=3V±10%,則調(diào)試過程需要通過觀察示波器來進(jìn)行。而且一般的示波器測完一個測試點(diǎn)的波形就要手動切換測試點(diǎn)，如果是Tek數(shù)字示波器的話就可以連續(xù)地測試波形，其功能是測量波形，并將波形及數(shù)據(jù)自動傳送到計算機(jī)。

　　2.2 矩陣開關(guān)

　　要測量PWM電路中關(guān)鍵點(diǎn)F、C、D的波形，而示波器只有一臺，需要使用一臺示波器來測三個測試點(diǎn)的波形，所以需要有多點(diǎn)開關(guān)來進(jìn)行切換，我們使用矩陣開關(guān)來進(jìn)行各點(diǎn)間的轉(zhuǎn)換。

　　本測試系統(tǒng)使用的是4×24的矩陣開關(guān)，用于將不同的測試點(diǎn)（如F、C、D）分配到示波器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)示波器分時測量多點(diǎn)波形。矩陣開關(guān)原理電路圖如圖4所示。

　　一般將測量儀器接在H0、H1、H2、H3,V0、V1、V2、…、V23接測試點(diǎn)。只要將行與列交叉的開關(guān)接通，就可以將連接在行的儀器與列的測試點(diǎn)接通。例如將示波器接在H0,只要K0接通，則示波器測量V0點(diǎn)的波形，如果k1接通，則示波器測量V1測試點(diǎn)的波形。對于此系統(tǒng)而言，H0接于示波器，V0接于電路F點(diǎn)，V1接于電路C點(diǎn)，V2接于電路D點(diǎn)，通過矩陣開關(guān)的驅(qū)動電路來控制K0、K1、K2的動作，即在驅(qū)動程序的控制下，K0閉合測量F點(diǎn)波形，K1閉合測量C點(diǎn)波形，K2閉合測量D點(diǎn)波形。

　　2. 3 矩陣開關(guān)驅(qū)動部件-NI6509數(shù)字I/O卡

　　面向PCI的NI PCI-6509工業(yè)96通道數(shù)字I/O板卡，具有96條雙向數(shù)字I/O線，能夠高電流驅(qū)動（24mA）并無需使用跳線。使用PCI-6509,可在5VDC數(shù)字電平下輸入和輸出，并可在每通道高達(dá)24mA的電流下直接驅(qū)動固態(tài)繼電器（SSR）等外接數(shù)字設(shè)備。每個端口（8條線）能進(jìn)行輸入或輸出配置，且輸出時無需外接電源。開啟可編程上電狀態(tài)，能在軟件中配置初始輸出狀態(tài)，確保與工業(yè)激勵器（泵、閘、發(fā)動機(jī)、繼電器）接通時操作的安全和無故障。

　　如需要板載上拉電阻器的應(yīng)用，可考慮使用NIPCI-DIO-96并行數(shù)字I/O板卡。

　　在計算機(jī)或應(yīng)用程序出現(xiàn)故障時，PCI-6509采用數(shù)字I/O看門狗，切換至可配置的安全輸出狀態(tài)，從而保證一旦其與工業(yè)激勵器接通，便能對故障狀況有所檢測并進(jìn)行安全恢復(fù)。借助變化檢測，當(dāng)數(shù)字狀態(tài)發(fā)生改變時（無需輪詢），該數(shù)字I/O板卡可通知并觸發(fā)您的軟件?？删幊梯斎霝V波器可通過可選軟件數(shù)字濾波器，用于消除故障/尖脈沖并為數(shù)字開關(guān)/繼電器去除抖動。

　　本系統(tǒng)選用的4行24列的陣列開關(guān)，需要有96個I/O口來驅(qū)動，而6509數(shù)字I/O卡又恰好有12個8位數(shù)字口，完全能夠滿足需要。所以選用6509數(shù)字I/O卡來進(jìn)行操作。