基于LabVIEW的PWM電路功能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

摘要：本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)利用LabVIEW控制接口儀器，對(duì)PWM電路關(guān)鍵點(diǎn)波形進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量并保存輸出，從而判斷電路組件是否達(dá)到預(yù)定功能。一方面代替了人工操作儀器，使之加智能化；另一方面還把儀器的測(cè)量結(jié)果返回到電腦上，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行智能判斷，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)集中顯示和判斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。本文對(duì)PWM電路組件功能測(cè)試系統(tǒng)的硬件等主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳盡的敘述。
關(guān)鍵詞：虛擬測(cè)試；LabVIEW；自動(dòng)測(cè)試；PWM電路

    自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS)是指能自動(dòng)完成測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、顯示(輸出)測(cè)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(cè)試內(nèi)容、要求、條件和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)各不相同，但都是利用計(jì)算機(jī)代替人的測(cè)試活動(dòng)。一般自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括控制器、激勵(lì)源、測(cè)量?jī)x表、開關(guān)系統(tǒng)、人機(jī)接口和被測(cè)單元一機(jī)器接口等部分。本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試對(duì)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(chǎng)合。

    其工作原理是：如圖2所示，F(xiàn)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)后得到最終的測(cè)試D點(diǎn)波形。在D點(diǎn)得到放大后的方波信號(hào)后，經(jīng)CMOS管作為驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或信號(hào)燈。

1 測(cè)試任務(wù)
    本設(shè)計(jì)的測(cè)試任務(wù)是：以PWM電路板為測(cè)試對(duì)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(cè)試平臺(tái)，在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)上，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量PWM電路板關(guān)鍵點(diǎn)波形的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
    使其具備如下功能：
    (1)可以觀測(cè)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％。
    (2)可以觀測(cè)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％。
    (3)可以觀察D點(diǎn)調(diào)制波形。
    (4)可以在測(cè)試系統(tǒng)的界面上集中顯示F、C、D點(diǎn)的測(cè)量波形與頻率、幅度。
 
2 硬件平臺(tái)
    本系統(tǒng)利用LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)編寫測(cè)試程序。對(duì)PWM電路關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)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(tái)主要由Tek TDS1012B-SC、穩(wěn)壓電源、矩陣開關(guān)、矩陣開關(guān)驅(qū)動(dòng)部件-NI6509數(shù)字I／O卡等幾部分組成。硬件平臺(tái)如圖3所示。

2．1 示波器
    由于系統(tǒng)是用來測(cè)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(cè)試之前，需要對(duì)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(cè)完一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的波形就要手動(dòng)切換測(cè)試點(diǎn)，如果是Tek數(shù)字示波器的話就可以連續(xù)地測(cè)試波形，其功能是測(cè)量波形，并將波形及數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到計(jì)算機(jī)。
2．2 矩陣開關(guān)
    要測(cè)量PWM電路中關(guān)鍵點(diǎn)F、C、D的波形，而示波器只有一臺(tái)，需要使用一臺(tái)示波器來測(cè)三個(gè)測(cè)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(cè)試系統(tǒng)使用的是4×24的矩陣開關(guān)，用于將不同的測(cè)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(shí)測(cè)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(cè)量?jī)x器接在H0、H1、H2、H3，V0、V1、V2、…、V23接測(cè)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(cè)試點(diǎn)接通。例如將示波器接在H0，只要K0接通，則示波器測(cè)量V0點(diǎn)的波形，如果k1接通，則示波器測(cè)量V1測(cè)試點(diǎn)的波形。對(duì)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(dòng)電路來控制K0、K1、K2的動(dòng)作，即在驅(qū)動(dòng)程序的控制下，K0閉合測(cè)量F點(diǎn)波形，K1閉合測(cè)量C點(diǎn)波形，K2閉合測(cè)量D點(diǎn)波形。
2. 3 矩陣開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(dòng)(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(dòng)固態(tài)繼電器(SSR)等外接數(shù)字設(shè)備。每個(gè)端口(8條線)能進(jìn)行輸入或輸出配置，且輸出時(shí)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(lì)器(泵、閘、發(fā)動(dòng)機(jī)、繼電器)接通時(shí)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(jì)算機(jī)或應(yīng)用程序出現(xiàn)故障時(shí)，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(lì)器接通，便能對(duì)故障狀況有所檢測(cè)并進(jìn)行安全恢復(fù)。借助變化檢測(cè)，當(dāng)數(shù)字狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)(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(dòng)。
    本系統(tǒng)選用的4行24列的陣列開關(guān)，需要有96個(gè)I／O口來驅(qū)動(dòng)，而6509數(shù)字I／O卡又恰好有12個(gè)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。