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基于LabVIEW的PWM电路功能自动测试系统

文章来源:未知 日期:2013-03-10

自动测试系统(ATS)是指能自动完成测量、数据处理、显示(输出)测试结果的一类系统的总称。在不同的技术领域里,测试内容、要求、条件和自动测试系统各不相同,但都是利用计算机代替人的测试活动。一般自动测试系统包括控制器、激励源、测量仪表、开关系统、人机接口和被测单元一机器接口等部分。本自动测试系统的测试对象是PWM电路板,如图1所示。PWM(脉宽调制)是利用改变占空比而使输出电压得到改变的电路。PWM技术广泛甩于直流电机调速等场合。

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其工作原理是:如图2所示,F点产生一个三角波,通过调节RP3可以调节三角波的幅度,调节RP2可以调节三角波的频率。U1D为电压比较器,F点波形和B点波形通过比较最终得出C点波形。由于C点的PWM波形是F点和B点的电压进行比较出来的,所以通过调节RP1可以调节B点的电压值,就可以调节C点波形的占空比,确保C点波形的占空比超过50%。C点波形经过OTL电路驱动后得到最终的测试D点波形。在D点得到放大后的方波信号后,经CMOS管作为驱动输出信号,可以驱动电动机或信号灯。

1 测试任务
本设计的测试任务是:以PWM电路板为测试对象,用带USB接口的数字示波器Tek TBS1012B-SC和矩阵开关、数字I/O卡组建测试平台,在LabVIEW开发平台上,设计一个测量PWM电路板关键点波形的自动测试系统。
使其具备如下功能:
(1)可以观测调整三角波输出频率和波形,并能以人机交互的方式调整,fo=1kHz±5%;Up=3V±10%。
(2)可以观测比较器输出C点的波形。并能以人机交互的方式调整C点的占空比到50%。
(3)可以观察D点调制波形。
(4)可以在测试系统的界面上集中显示F、C、D点的测量波形与频率、幅度。
 
2 硬件平台
本系统利用LabVIEW作为开发平台编写测试程序。对PWM电路关键点进行测试,从而判断电路组件是否达到预定功能。系统硬件平台主要由Tek TDS1012B-SC、稳压电源、矩阵开关、矩阵开关驱动部件-NI6509数字I/O卡等几部分组成。硬件平台如图3所示。

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2.1 示波器
由于系统是用来测量PWM电路中关键点F、C、D的波形,在系统开始进行测试之前,需要对电路进行调节,调试要求为:调整三角波频率和幅度,使fo=1kHz±5%;Up=3V±10%,则调试过程需要通过观察示波器来进行。而且一般的示波器测完一个测试点的波形就要手动切换测试点,如果是Tek数字示波器的话就可以连续地测试波形,其功能是测量波形,并将波形及数据自动传送到计算机。

2.2 矩阵开关
要测量PWM电路中关键点F、C、D的波形,而示波器只有一台,需要使用一台示波器来测三个测试点的波形,所以需要有多点开关来进行切换,我们使用矩阵开关来进行各点间的转换。
本测试系统使用的是4×24的矩阵开关,用于将不同的测试点(如F、C、D)分配到示波器的输入端,以实现示波器分时测量多点波形。矩阵开关原理电路图如图4所示。

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一般将测量仪器接在H0、H1、H2、H3,V0、V1、V2、…、V23接测试点。只要将行与列交叉的开关接通,就可以将连接在行的仪器与列的测试点接通。例如将示波器接在H0,只要K0接通,则示波器测量V0点的波形,如果k1接通,则示波器测量V1测试点的波形。对于此系统而言,H0接于示波器,V0接于电路F点,V1接于电路C点,V2接于电路D点,通过矩阵开关的驱动电路来控制K0、K1、K2的动作,即在驱动程序的控制下,K0闭合测量F点波形,K1闭合测量C点波形,K2闭合测量D点波形。
2. 3 矩阵开关驱动部件-NI6509数字I/O卡
面向PCI的NI PCI-6509工业96通道数字I/O板卡,具有96条双向数字I/O线,能够高电流驱动(24mA)并无需使用跳线。使用PCI-6509,可在5VDC数字电平下输入和输出,并可在每通道高达24mA的电流下直接驱动固态继电器(SSR)等外接数字设备。每个端口(8条线)能进行输入或输出配置,且输出时无需外接电源。开启可编程上电状态,能在软件中配置初始输出状态,确保与工业激励器(泵、闸、发动机、继电器)接通时操作的安全和无故障。
如需要板载上拉电阻器的应用,可考虑使用NIPCI-DIO-96并行数字I/O板卡。
在计算机或应用程序出现故障时,PCI-6509采用数字I/O看门狗,切换至可配置的安全输出状态,从而保证一旦其与工业激励器接通,便能对故障状况有所检测并进行安全恢复。借助变化检测,当数字状态发生改变时(无需轮询),该数字I/O板卡可通知并触发您的软件。可编程输入滤波器可通过可选软件数字滤波器,用于消除故障/尖脉冲并为数字开关/继电器去除抖动。
本系统选用的4行24列的阵列开关,需要有96个I/O口来驱动,而6509数字I/O卡又恰好有12个8位数字口,完全能够满足需要。所以选用6509数字I/O卡来进行操作。

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