基于虛擬儀器技術(shù)的固定電話用戶板測(cè)試系統(tǒng)

2004年9月A版

摘  要：介紹一種用于ATLCD/ATLCE板的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測(cè)試系統(tǒng)；負(fù)載板；LabVIEW

　　ATLCD是上海貝爾-阿爾卡特生產(chǎn)的用于固定模擬電話系統(tǒng)的32路用戶板，安裝在終端固定模擬電話機(jī)和電話交換局之間，起到模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，多路復(fù)用等功能。ATLCD測(cè)試系統(tǒng)的目的是在生產(chǎn)的ATLCD用戶板出廠之前對(duì)它進(jìn)行全面的測(cè)試，需要測(cè)試的功能包括電話特性測(cè)試和發(fā)送接收測(cè)試。由于ATLCD可以同時(shí)連接32路固定電話的用戶板，所以需要對(duì)32路分別進(jìn)行同樣的測(cè)試。

　　在電話特性測(cè)試中，需要測(cè)試的是當(dāng)終端固定電話機(jī)處在不同的工作狀態(tài)時(shí)，用戶板是否正確響應(yīng)并提供相應(yīng)的功能支持，這一類測(cè)試主要是測(cè)量用戶板在不同工作狀態(tài)下的電壓電流，以及特定信號(hào)，例如振鈴和計(jì)費(fèi)信號(hào)的特性。而在發(fā)送接收測(cè)試中，需要測(cè)試的是在通話建立之后用戶板的語音編碼解碼，多路復(fù)用等功能是否正確。

測(cè)試系統(tǒng)

　　圖1是兩個(gè)固定電話用戶A和B建立通話時(shí)的信號(hào)連接圖。在信號(hào)傳輸過程中，用戶板需要提供數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換，編碼解碼，多路復(fù)用(一個(gè)用戶板可以連接多個(gè)模擬電話機(jī))等功能，而在建立通話的過程中，用戶板還需要提供摘掛機(jī)檢測(cè)、振鈴等功能。

　　本測(cè)試系統(tǒng)對(duì)用戶板進(jìn)行的測(cè)試包括電話特性測(cè)試和發(fā)送接收測(cè)試。在實(shí)際通話中，從用戶終端A和B分別連接到電話局交換設(shè)備是對(duì)稱的線路，因此在測(cè)試中只需要建立起其中一半即可完成所有的測(cè)試。

　　圖2是測(cè)試框圖，在電話局交換設(shè)備和用戶終端電話機(jī)之間通過被測(cè)的用戶板建立通話，在此過程中測(cè)試系統(tǒng)接入通話系統(tǒng)對(duì)用戶板的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試。

硬件結(jié)構(gòu)

　　基于測(cè)試需求，本測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由兩部分組成：模擬通話系統(tǒng)和PXI測(cè)試系統(tǒng)。通話系統(tǒng)包括局方板(相當(dāng)于電話局方交換設(shè)備)，待測(cè)ATLCD板，和負(fù)載板(相當(dāng)于終端固定電話機(jī))，這三個(gè)板卡連接起來工作，就可以模擬出實(shí)際的電話通話系統(tǒng)。PXI測(cè)試系統(tǒng)是美國NI公司的基于PXI總線的測(cè)試系統(tǒng)，在PXI機(jī)箱中安裝所需的測(cè)試模塊，再通過軟件編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)試功能，在本系統(tǒng)中，安裝了數(shù)字萬用表，信號(hào)發(fā)生器，多路數(shù)字輸入輸出，高速數(shù)字輸入輸出等模塊。將PXI測(cè)試系統(tǒng)接入模擬通話系統(tǒng)，即可對(duì)處于工作狀態(tài)的ATLCD用戶板進(jìn)行測(cè)試。

　　在通信模擬系統(tǒng)中，局方板的功能則模擬電話局端的信號(hào)交換和路由功能，并提供RS-232的編程接口，允許PXI系統(tǒng)通過該接口向ATLCD用戶板發(fā)送指令，讓ATLCD用戶板進(jìn)入相應(yīng)的工作狀態(tài)。負(fù)載板的功能是模擬32個(gè)終端固定電話機(jī)，并將需要測(cè)量的信號(hào)的連接至PXI測(cè)試系統(tǒng)，負(fù)載板負(fù)責(zé)在測(cè)量時(shí)、在確定的測(cè)量項(xiàng)將正確的負(fù)載接入測(cè)量電路。

　　在PXI測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試程序?qū)π盘?hào)發(fā)生器進(jìn)行編程控制，使其產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的模擬信號(hào)，并將信號(hào)波形輸入負(fù)載板。與此同時(shí)多路數(shù)字輸入輸出卡發(fā)送串口指令以及自定義的控制指令至負(fù)載板，使得負(fù)載板將正確的負(fù)載接入待測(cè)ATLCD板。在做數(shù)字-模擬測(cè)試項(xiàng)時(shí)，測(cè)試程序控制高速數(shù)字輸入輸出卡向ATLCD板輸出數(shù)字脈沖序列，在做模擬-數(shù)字測(cè)試項(xiàng)時(shí)，測(cè)試程序控制高速數(shù)字輸入輸出卡從ATLCD板讀取返回的數(shù)字脈沖序列。數(shù)字萬用表的作用是讀取待測(cè)量的返回信號(hào)，測(cè)試程序?qū)Σ杉降男盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，最終得到正確的測(cè)試結(jié)果。

軟件結(jié)構(gòu)和功能

　　整個(gè)軟件是在NI公司的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言LabVIEW 7.1下開發(fā)完成的，層次結(jié)構(gòu)如圖4所示，從上到下分為三層：高層應(yīng)用程序，中層功能實(shí)現(xiàn)，以及底層的驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)環(huán)境支持。

　　底層開發(fā)環(huán)境和驅(qū)動(dòng)程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括LabVIEW 7.1圖形化編程環(huán)境和板卡的驅(qū)動(dòng)程序。中層的功能實(shí)現(xiàn)是在LabVIEW環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)的子程序集，包括對(duì)不同板卡編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)量功能模塊，對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析模塊，語音信號(hào)的編碼解碼模塊，以及調(diào)用這些模塊實(shí)現(xiàn)的進(jìn)行特定測(cè)試項(xiàng)目的子測(cè)試模塊等。而高層的應(yīng)用程序是最終提供給測(cè)試操作員使用的程序，具有完善的用戶操作界面和測(cè)試配置界面。

　　儀器測(cè)量功能模塊是調(diào)用儀器的驅(qū)動(dòng)程序編程實(shí)現(xiàn)的對(duì)某些特定信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或控制的模塊。在本測(cè)試系統(tǒng)中用到的儀器資源有四類：PXI-5411波形發(fā)生器模塊可以以40MSample/s更新率輸出任意波形，用于產(chǎn)生模擬語音信號(hào)；PXI-4070萬用表模塊用于測(cè)量電壓電流，并可以1.8MSample/s采集波形；PXI-6508多路數(shù)字輸入輸出模塊，用于控制負(fù)載板上的繼電器，將需測(cè)試的信號(hào)連接至相應(yīng)的測(cè)試模塊；PXI-6534高速數(shù)字輸入輸出模塊，用于采集在局方板和ATLCD用戶板之間傳輸?shù)母咚贁?shù)字信號(hào)，并進(jìn)一步通過解碼得到模擬語音信號(hào)，或反過來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)給ATLCD用戶板。

　　另外在本系統(tǒng)中，還需用到RS-232串口編程來對(duì)ATLCD用戶板編程，讓ATLCD用戶板進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。相應(yīng)地，在軟件中，我們實(shí)現(xiàn)了五個(gè)儀器相關(guān)的子程序集來使用這些儀器資源，實(shí)現(xiàn)所需的測(cè)量或控制功能。

　　在使用儀器測(cè)量功能模塊獲得所需測(cè)量的信號(hào)之后，我們需要依照一定的測(cè)試測(cè)量算法來判定所測(cè)得的信號(hào)是否在合理范圍之內(nèi)。在電話特性測(cè)試中，電壓和電流可以直接測(cè)量得到，而振鈴信號(hào)，計(jì)費(fèi)信號(hào)，和雙音多頻信號(hào)等，則需要對(duì)采集的信號(hào)做時(shí)域和頻域分析，才能得到所需的參數(shù)。在發(fā)送接收測(cè)試中，則涉及語音信號(hào)的PCM編碼解碼等算法。相應(yīng)的在軟件中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)子程序集來完成所需的測(cè)試測(cè)量算法和編碼解碼算法。

　　子測(cè)試功能模塊是在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，獨(dú)立完成一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的功能模塊，多個(gè)子測(cè)試功能模塊共同完成整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試。我們實(shí)現(xiàn)了一組子測(cè)試模塊，每個(gè)子測(cè)試模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，調(diào)用所需用到的儀器測(cè)量模塊和算法模塊來獲取信號(hào)并進(jìn)行分析處理，完成對(duì)該項(xiàng)目的測(cè)試。

　　系統(tǒng)調(diào)試程序是一組可以獨(dú)立運(yùn)行的程序，分別使用一個(gè)或幾個(gè)儀器資源完成特定的操作，用于系統(tǒng)或特定子測(cè)試功能的調(diào)試。

　　在測(cè)試流程管理模塊中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子測(cè)試功能模塊的管理，錯(cuò)誤處理，報(bào)告生成等功能。

　　最終提供給測(cè)試操作員使用的應(yīng)用程序，具有完善的用戶操作界面和測(cè)試配置界面，允許用戶對(duì)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試指標(biāo)等進(jìn)行設(shè)置，并執(zhí)行測(cè)試操作，對(duì)ATLCD用戶板進(jìn)行測(cè)試。

　　在實(shí)現(xiàn)上，主測(cè)試程序調(diào)用所有的子測(cè)試模塊，完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的全面測(cè)試，并調(diào)用測(cè)試流程管理模塊對(duì)測(cè)試流程實(shí)施監(jiān)控和生成測(cè)試報(bào)告。

基于虛擬儀器的操作界面

　　為了方便用戶操作使用本測(cè)試系統(tǒng)，我們使用LabVIEW 7.1設(shè)計(jì)了友好的操作界面。

　　用戶在執(zhí)行生產(chǎn)測(cè)試之前可以先使用參數(shù)設(shè)置程序來設(shè)置測(cè)試系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。參數(shù)設(shè)置程序中各個(gè)功能包括：

　　圖5給出了主測(cè)試程序的界面，主測(cè)試程序完成用戶身份識(shí)別、測(cè)試板基本信息讀入、對(duì)各測(cè)試項(xiàng)依次進(jìn)行測(cè)試、顯示測(cè)試結(jié)果等功能。

結(jié)語

　　本測(cè)試系統(tǒng)完成對(duì)ATLCD用戶板的全面測(cè)試，并提供完善靈活的系統(tǒng)設(shè)置，錯(cuò)誤處理，報(bào)表生成等功能，已獲得用戶的驗(yàn)收通過。長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)測(cè)試表明該測(cè)試系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)果精確，且與同類儀器相比本系統(tǒng)完成測(cè)試所需要的時(shí)間較短。

參考文獻(xiàn):

1. Travis, Jeffrey. LabVIEW for Everyone. Prentice-Hall, 2001

2. National Instruments Corporation. The Interactive Encyclopedia of Measurement and Automation, 2002