??? 摘 要： 以LabVIEW圖形化程序設計語言為平臺，成功地將PXI和GPIB總線技術應用于電路板信號檢測" title="電路板信號檢測">電路板信號檢測。同時借助CPLD的可編程功能生成大量工作信號，逼真地模擬了電路板的工作狀態。數據庫的成功運用也為系統的完善提供了強有力的保障。
??? 關鍵詞： LabVIEW； PXI； GPIB； CPLD； 數據庫
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??? 傳統的電路板維修過程中，操作人員無法直接觀察輸入輸出信號，只能通過故障現象，根據自身的經驗和對電路的分析，猜測判斷故障的位置。如果能全面直觀地將輸入輸出信號全部顯示出來，讓維修人員清楚每一個引腳的信號特征，那么故障分析、定位以及維修難度將會極大降低。基于這個想法本文介紹了一種電路板信號檢測系統。
?????????????????????????????????? 系統硬件
??? 本系統以計算機為核心，通過相應接口，分別控制PXI數據采集" title="數據采集">數據采集卡、遵循GPIB標準的示波器和信號發生器，并通過PXI系統發送控制指令，實現對信號發生系統的控制，通過電路板適配器的轉接，使輸出到電路板的信號和電源等信號正確到達被測電路板相應的管腳，同時反向獲得被測電路板的工作信號。系統結構如圖1所示。
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????????????????????????????????? 信號發生系統
??? 信號發生系統主要由CPLD、晶振以及相應的外設電路組成。在本系統中，CPLD主要完成：接收計算機通過PXI數據采集卡" title="數據采集卡">數據采集卡發送的控制信息；產生所需要的信號并根據控制信息有選擇地輸出[1]。其中接收控制信息的通信模塊的原理圖以及時序圖如圖2所示。圖中da為要傳輸的控制信息,t為控制位,cl為同步時鐘,r為奇偶校驗結果。
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??? 信號產生和輸出模塊的原理如圖3所示。
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????????????????????????????????????? PXI總線系統
??? PXI總線系統" title="總線系統">總線系統包括PXI機箱和PXI數據采集卡，是按照PXI規范建造的插卡式數據采集系統。系統中使用了NI PXI-1042機箱、NI PXI-8196嵌入式控制器、NI PXI-6259數據采集卡以及相應的附屬部件[2]。由于這些設備都屬于標準設備，因此系統構建相對簡單，只需要按照規范要求進行連接即可。
??? 在本系統中，PXI總線系統主要用來完成數字信號以及低頻模擬信號的產生和采集，同時利用數據采集卡中大量的靜態I/O資源，完成對CPLD的復位、信號選擇等。
??????????????????????????????????? GPIB總線系統
??? GPIB總線系統包括GPIB接口卡和遵循GPIB標準的儀器。由于GPIB不是標準PC總線，所以計算機到GPIB儀器的連接需要通過GPIB接口卡來實現[3]。在本系統中，GPIB總線系統用來生成PXI總線系統無法生成的信號。同時GPIB總線系統可以拓展PXI數據采集設備的頻帶限制，用來采集超過PXI數據采集卡最高采樣速率的信號。這樣可節省購置更高速率數據采集設備的費用，并且實現起來也比較容易。GPIB總線系統的組建同PXI總線系統。
??????????????????????????????????? 電路適配器板
??? 由于多塊被測電路板規格上的差異，在系統中定義了電路適配器板。電路適配器板相當于一個被分解的繼電器陣列，根據電路板的不同有不同的適配器板，可以穩定地為電路板路由工作電源、輸入信號以及將輸出信號路由至相應的數據采集端口，這樣做不僅極大地降低了成本和實現難度，而且有利于后續的系統升級。
???????????????????????????????? 系統軟件
??? 系統軟件包括LabVIEW開發系統主程序、PXI數據采集程序、GPIB儀器控制程序、數據庫管理程序" title="管理程序">管理程序。下面分別詳細介紹。
在本系統中，主程序、數據采集程序、儀器控制程序以及數據庫管理程序等都是由LabVIEW開發完成，其基本流程如圖4所示。其中，主程序用來完成各個子模塊的協調運行，并負責信息顯示及程序的啟動和退出等。
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?????????????????????????????????? PXI數據采集程序
??? 在本系統中，數據采集程序核心部分全部使用NI-DAQmx函數[4]。數據采集程序主要用來控制數據采集系統采集被測電路板的大部分數字和模擬信號以及部分數字和模擬信號的輸出。
??? 圖5所示為PXI數據采集的核心程序的一部分，由圖可以看出，首先由DAQmx Create Virtual Channel函數創建了數字信號采集任務，接著DAQmx Timing函數將任務配置為有限采集，采樣點數為100 000，采用PXI機箱提供的20MHz時鐘。然后啟動任務，采集方式為多通道多樣本采集。這樣采集出來的信號為一維的波形數據，要對采集出來的波形數據進行正確的顯示，就必須對波形數據里面的dt項進行設置，設置dt為5E-8(這個數據由20MHz求倒數換算得來)。最后由DAQmx Wait Until Done函數和DAQmx Clear Task函數等待任務結束，并且釋放系統資源。其他部分為輔助程序。
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圖5? 數據采集程序
??????????????????????????????????? 儀器控制程序
??? 儀器控制程序通過GPIB接口卡控制GPIB儀器產生或采集信號，并把生成的信號傳送到被測電路板相應管腳，同時將采集到的信號傳送給計算機。
??? 在本系統中，使用到的儀器有TDS220示波器和SG1501M信號源。圖6為開發的儀器控制程序的一部分。
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圖6? 儀器控制程序
??? 從程序中可以看出，通過GPIB Write函數按照地址“1”，將示波器控制命令“DATa:SOUrce CH1;:DATa:ENCdg RIBINARY;WIDTH 1;:CURVe?”寫給儀器，按照命令要求，示波器將會返回測試通道1的波形數據(數據格式為二進制)。此時返回數據的總數為3 000，然后GPIB Read函數讀取返回值，3 000個數據中只有后2 500個是實際的波形數據，其他為附加信息，因此要剔除掉，同時進行格式轉換。然后設置好參數就可以進行顯示了。參數設置同樣也是為了解決橫軸和縱軸在示波器和程序中標度的不一致。圖中設置的0.001為示波器的“秒/格”值除以2 500的結果。示波器在縱軸方向上的采樣點數為256，所以3.125為“伏/格”除以256所得結果，然后再乘以Y值，即為實際信號的幅度。
??????????????????????????????????? 數據庫管理程序
??? 數據庫管理程序使用NI公司的專用工具包LabVIEW SQL Toolkit實現對數據庫的訪問，主要完成數據的存儲、刪除、讀取以及查找等一些數據庫的操作。圖7為讀取數據的部分程序。可以看出，程序中有GPIB儀器控制的部分，從數據庫中讀取儀器命令，通過GPIB Write函數傳送到儀器中。此處為對信號源的控制。
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圖7? 數據庫管理程序
??? 本系統可以實現對被測電路板所有輸入輸出信號的檢測，因此工作人員可以很直觀方便地看到自己感興趣的信號，并且具有良好的視覺效果。本系統在投入實際使用之后，可以很大程度地提高電路板維修時的故障定位速度和精度，同時由于系統詳細地反映了電路板各種信號特征，因此可以增強維修人員對電路板的熟悉程度和維修能力。
參考文獻
[1] 潘松,王國棟.VHDL實用教程[M].成都：電子科技大學出版社,2000.
[2] 侯國屏,王坤,葉齊鑫. LabVIEW7.1 編程與虛擬儀器設計[M].北京：清華大學出版社，2005.
[3] 戴鵬飛,王勝開,王格芳,等.測試工程與LabVIEW應用[M].?北京：電子工業出版社，2006.
[4] 楊樂平,李海濤,楊磊.LabVIEW程序設計與應用[M].北京：電子工業出版社.2005.