PWM電路自動測試系統(tǒng)設計方案

　　LabVIEW簡介：LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。

　　自動測試系統(tǒng)（ATS）是指能自動完成測量、數(shù)據(jù)處理、顯示（輸出）測試結果的一類系統(tǒng)的總稱。在不同的技術領域里，測試內容、要求、條件和自動測試系統(tǒng)各不相同，但都是利用計算機代替人的測試活動。一般自動測試系統(tǒng)包括控制器、激勵源、測量儀表、開關系統(tǒng)、人機接口和被測單元一機器接口等部分。本自動測試系統(tǒng)的測試對象是PWM電路板，如圖1所示。PWM（脈寬調制）是利用改變占空比而使輸出電壓得到改變的電路。PWM技術廣泛甩于直流電機調速等場合。

　　其工作原理是：如圖2所示，F(xiàn)點產生一個三角波，通過調節(jié)RP3可以調節(jié)三角波的幅度，調節(jié)RP2可以調節(jié)三角波的頻率。U1D為電壓比較器，F(xiàn)點波形和B點波形通過比較最終得出C點波形。由于C點的PWM波形是F點和B點的電壓進行比較出來的，所以通過調節(jié)RP1可以調節(jié)B點的電壓值，就可以調節(jié)C點波形的占空比，確保C點波形的占空比超過50%.C點波形經過OTL電路驅動后得到最終的測試D點波形。在D點得到放大后的方波信號后，經CMOS管作為驅動輸出信號，可以驅動電動機或信號燈。

　　1 測試任務

　　本設計的測試任務是：以PWM電路板為測試對象，用帶USB接口的數(shù)字示波器Tek TBS1012B-SC和矩陣開關、數(shù)字I/O卡組建測試平臺，在LabVIEW開發(fā)平臺上，設計一個測量PWM電路板關鍵點波形的自動測試系統(tǒng)。

　　使其具備如下功能：

　?。?）可以觀測調整三角波輸出頻率和波形，并能以人機交互的方式調整，fo=1kHz±5%;Up=3V±10%.

　?。?）可以觀測比較器輸出C點的波形。并能以人機交互的方式調整C點的占空比到50%.

　　（3）可以觀察D點調制波形。

　　（4）可以在測試系統(tǒng)的界面上集中顯示F、C、D點的測量波形與頻率、幅度。

　　2 硬件平臺

　　本系統(tǒng)利用LabVIEW作為開發(fā)平臺編寫測試程序。對PWM電路關鍵點進行測試，從而判斷電路組件是否達到預定功能。系統(tǒng)硬件平臺主要由Tek TDS1012B-SC、穩(wěn)壓電源、矩陣開關、矩陣開關驅動部件-NI6509數(shù)字I/O卡等幾部分組成。硬件平臺如圖3所示。

　　2.1 示波器

　　由于系統(tǒng)是用來測量PWM電路中關鍵點F、C、D的波形，在系統(tǒng)開始進行測試之前，需要對電路進行調節(jié)，調試要求為：調整三角波頻率和幅度，使fo=1kHz±5%;Up=3V±10%,則調試過程需要通過觀察示波器來進行。而且一般的示波器測完一個測試點的波形就要手動切換測試點，如果是Tek數(shù)字示波器的話就可以連續(xù)地測試波形，其功能是測量波形，并將波形及數(shù)據(jù)自動傳送到計算機。

　　2.2 矩陣開關

　　要測量PWM電路中關鍵點F、C、D的波形，而示波器只有一臺，需要使用一臺示波器來測三個測試點的波形，所以需要有多點開關來進行切換，我們使用矩陣開關來進行各點間的轉換。

　　本測試系統(tǒng)使用的是4×24的矩陣開關，用于將不同的測試點（如F、C、D）分配到示波器的輸入端，以實現(xiàn)示波器分時測量多點波形。矩陣開關原理電路圖如圖4所示。

　　一般將測量儀器接在H0、H1、H2、H3,V0、V1、V2、…、V23接測試點。只要將行與列交叉的開關接通，就可以將連接在行的儀器與列的測試點接通。例如將示波器接在H0,只要K0接通，則示波器測量V0點的波形，如果k1接通，則示波器測量V1測試點的波形。對于此系統(tǒng)而言，H0接于示波器，V0接于電路F點，V1接于電路C點，V2接于電路D點，通過矩陣開關的驅動電路來控制K0、K1、K2的動作，即在驅動程序的控制下，K0閉合測量F點波形，K1閉合測量C點波形，K2閉合測量D點波形。

　　2. 3 矩陣開關驅動部件-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，能夠高電流驅動（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24mA的電流下直接驅動固態(tài)繼電器（SSR）等外接數(shù)字設備。每個端口（8條線）能進行輸入或輸出配置，且輸出時無需外接電源。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)激勵器（泵、閘、發(fā)動機、繼電器）接通時操作的安全和無故障。

　　如需要板載上拉電阻器的應用，可考慮使用NIPCI-DIO-96并行數(shù)字I/O板卡。

　　在計算機或應用程序出現(xiàn)故障時，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)激勵器接通，便能對故障狀況有所檢測并進行安全恢復。借助變化檢測，當數(shù)字狀態(tài)發(fā)生改變時（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/繼電器去除抖動。

　　本系統(tǒng)選用的4行24列的陣列開關，需要有96個I/O口來驅動，而6509數(shù)字I/O卡又恰好有12個8位數(shù)字口，完全能夠滿足需要。所以選用6509數(shù)字I/O卡來進行操作。