基于PXI和LabVIEW的 FCT(Functional Circuit Test)測試系統(tǒng)
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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(jìn)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(jìn)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。
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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。
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