一種基於fpga的vxi模件測試儀的製作方法
2024-02-24 22:17:15 2
一種基於fpga的vxi模件測試儀的製作方法
【專利摘要】本發明涉及的是一種現場可編程門陣列滿足VXI總線協議的各種模件的一種基於FPGA的VXI模件測試儀。本發明包括FPGA核心處理模塊、模擬信號提供模塊、模擬信號採集模塊、數位訊號採集模塊、數位訊號提供模塊、測試任務設定模塊、測試過程及結果顯示模塊、開關光耦隔離模塊、線性光耦隔離模塊。本發明提出了一種專門測試VXI模件的儀器，VXI系統正被廣泛用於航空航天和工業生產等領域；本發明有利於解決VXI系統中各模件的測試問題，有效地減少VXI系統中存在的故障和隱患，對VXI系統的大規模應用具有完備作用。
【專利說明】—種基於FPGA的VXI模件測試儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種現場可編程門陣列滿足VXI總線協議的各種模件的一種基於FPGA的VXI模件測試儀。
【背景技術】
[0002]FPGA是現場可編程門陣列的英文縮寫，內部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊 IOB(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分。FPGA的邏輯塊和連接可以按照設計者的需求改變，系統設計師可以根據需要通過可編輯的連接把FPGA內部的邏輯塊連接起來，所以通過編程，FPGA可以實現多種不同的功能。同時使用硬體程式語言能方便地產生各種所需時序，在系統測試中具有很大的優勢。VXI總線是VME總線在儀器領域的擴展，是計算機操縱的模塊化自動儀器系統。經過多年的發展，它依靠有效的標準化，採用模塊化的方式，實現了系列化、通用化以及VXI總線儀器的互換性和互操作性。其開放的體系結構完全符合信息產品的要求。今天，VXI總線儀器和系統已為世人普遍接受，並成為儀器系統發展的主流。
[0003]由於VXI系統是由一個或多個VXI模件構成，模件的性能好壞直接影響著整個VXI系統的性能，因此對模件本身性能的測試就顯得尤為重要。而現階段對於VXI模件的檢測，都停留在用工程經驗和萬用表等簡單設備對模件的某些部位進行局部檢測的水平上，沒有一種成型的、系統化的測試手段和儀器，而且這種方式有時需要拆裝VXI模件，而被拆裝過的模件不能再用於可靠性要求工作環境，不僅測試結果不清晰，同時也降低了模件的工作可行度，因此本測試儀器的發明有著迫切的市場需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種能測試VXI模件性能好壞的測試儀器。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]本發明包括FPGA核心處理模塊、模擬信號提供模塊、模擬信號採集模塊、數位訊號採集模塊、數位訊號提供模塊、測試任務設定模塊、測試過程及結果顯示模塊、開關光耦隔離模塊、線性光耦隔離模塊，通過J14A接口與VXI模件相連，在電氣隔離下，通過模擬信號提供模塊、數位訊號提供模塊向VXI模件輸入有效數據，通過模擬信號採集模塊、數位訊號採集模塊採集VXI模件的輸出，再通過數據處理診斷VXI模件是否完好，通過數據流的速度測定VXI模件的性能是否還能滿足VXI系統的要求，完成VXI模件測試；FPGA核心處理模塊，用FPGA作為核心控制晶片，EPCS系列晶片存儲代碼，SDRAM用於存儲數據；FPGA在確定測試任務後控制模擬和數位訊號採集部分採集VXI模件的輸出信號，控制數位訊號提供模塊和模擬信號提供模塊向VXI模件提供測試信號，測試過程根據需要利用SDRAM存取數據，通過將輸入輸出信號與程序預設值比較獲得測試結果，將相應信息顯示在彩色顯示屏上；模擬信號採集/提供模塊採用AD和DA轉換器及相應的應用支持電路構成，採用線性光電耦合器實現模件之間電氣隔離並不改變模擬輸出波形的特徵；AD轉換器接收來自FPGA的命令，實現模件模擬輸出波形的採集；FPGA控制DA轉換器向被測模件輸入測試波形；數位訊號採集模塊和數位訊號提供模塊採用普通I/O 口構成，通過開關型光電耦合器實現與模件之間的電氣隔離，利用輸入口採集模件輸出的數據，利用輸出口向VXI模件提供測試數據或中斷觸發信號；測試任務設定模塊由標準的4*4矩陣鍵盤構成；開關光耦隔離模塊、線性光耦隔離模塊由開關光電耦合器件和線性光電耦合器件構成，用於實現儀器與VXI模件之間模擬信號的線性光電耦合和數位訊號的開關光電耦合，達到保護VXI模件和測試儀器的作用。
[0007]測試過程及結果顯示模塊由2.4寸TFT彩色顯示屏構成，用於顯示當前測試任務，測試過程和測試結果，以及可能的故障信息。
[0008]本發明的有益效果在於:
[0009]1.本發明提出了一種專門測試VXI模件的儀器，VXI系統正被廣泛用於航空航天和工業生產等領域；本發明有利於解決VXI系統中各模件的測試問題，有效地減少VXI系統中存在的故障和隱患，對VXI系統的大規模應用具有完備作用。
[0010]2.本發明中採用了功能強大、應用靈活的FPGA作為核心處理器，具有現場可編程的特徵，通過現場編程可實現多種差異巨大的測試任務，有利於降低成本，拓展儀器功能。
[0011]3.本發明採用模塊化的拓展方式，針對特殊的測試任務，能通過小範圍的修改搭建滿足要求的測試環境，順利完成測試任務。
[0012]4.本發明具有完善的隔離措施，能有效避免測試儀器和VXI模件之間的相互幹擾，具有較高的測試精度和可信度。
[0013]5.系統具有完善友好的人際交互界面，將測試過程可控可視化，為測試人員提供更豐富的測試信息，有利於進行故障分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的系統結構框圖；
[0015]圖2為本發明的系統布局示意圖；
[0016]圖3為本發明的軟體流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0018]本發明以激勵響應測試技術為原理，通過對VXI模件施加一定規範和特徵的動態激勵，測試其輸出響應，通過對激勵和響應的分析，得出設備所處的動態性能；在靜態採集VXI模件的靜態輸出，通過處理採集到的數據得出模件所處的狀態和靜態性能。
[0019]為了完成系統VXI模件的測試，本發明由FPGA核心處理模塊、模擬信號採集/提供模塊、數位訊號採集/提供模塊、測試任務設定模塊和測試過程及結果顯示模塊構成，通過典型的J14A連接器與VXI模件相連，儀器與模件之間採用開關/線性光耦實現電氣隔離。
[0020]模擬信號採集/提供模塊採用AD和DA轉換器及相應的應用支持電路構成，採用線性光電耦合器在實現與模件之間電氣隔離的同時，不改變模擬輸出波形的特徵；AD轉換器接收來自FPGA的命令，實現模件模擬輸出波形的採集；FPGA根據需要控制DA轉換器向被測模件輸入所需的測試波形。
[0021]數位訊號採集/提供模塊採用普通I/O 口構成，通過開關型光電耦合器實現與模件之間的電氣隔離，利用輸入口採集模件輸出的數據，利用輸出口向VXI模件提供測試所需的數據或中斷觸發信號。
[0022]測試任務設定模塊由標準的4*4矩陣鍵盤構成，通過不同的組合鍵輸入測試需求。
[0023]測試過程及結果顯示模塊由2.4寸TFT彩色顯示屏構成，用於顯示當前測試任務，測試過程和測試結果，以及可能的故障信息。
[0024]FPGA核心處理模塊用FPGA作為核心控制晶片，EPCS系列晶片存儲代碼，SDRAM用於存儲數據；FPGA在確定測試任務後控制模擬和數位訊號採集部分採集VXI模件的輸出信號，同時根據需要控制模擬和數位訊號提供部分向VXI模件提供相應的測試信號，測試過程根據需要利用SDRAM存取數據，通過將輸入輸出信號與程序預設值比較獲得測試結果，將相應信息顯示在彩色顯示屏上。
[0025]本發明中實際解決的問題是:在VXI系統中，各VXI模件由於長期使用其功能和可靠性不敢保證，此時就需要對VXI模件進行測試，而現在還沒有專門針對VXI模件設計的測試儀器，只能靠基本的經驗判斷；本發明提出了一種專門針對VXI模件的測試儀器，在實際系統中高效可靠的對VXI模件進行測試，保證VXI系統的可靠運行。
[0026]結合圖1，圖1是本發明的系統結構框圖；本系統由FPGA核心處理模塊、模擬信號採集/提供模塊、數位訊號採集/提供模塊、測試任務設定模塊、測試過程及結果顯示模塊和開關/線性光耦隔離模塊等構成。在數據輸入端，模擬信號和數位訊號分別通過線性和開關光耦隔離進入模擬信號採集模塊和數位訊號採集模塊，模擬信號採集模塊通過AD轉換將模擬信號轉化成數位訊號傳遞給FPGA，而數位訊號直接由FPGA的I/O 口採集；在數據輸出端，數位訊號直接由FPGA輸出，通過開關光耦隔離輸出到VXI模件接口端，模擬信號由FPGA控制DA晶片，通過DA轉換後輸出為模擬信號，該模擬信號通過線性光耦隔離輸入到VXI模件當中；FPGA控制模塊作為系統核心，統一調用系統各模塊協調工作，通過任務設定模塊獲取外部任務信息，根據測試任務的不同調用相應的模塊完成數據輸出或採集任務，通過數據處理得出測試結果並顯示在彩屏上。
[0027]結合圖2，圖2是本發明的系統布局示意圖；本發明用於VXI系統中各VXI模件的測試，VXI模件一般都帶有J14A等類似的接口，以實現與外部的數據交互，本系統正是利用VXI模件的這類接口，在電氣隔離的前提下，通過FPGA控制DA和普通I/O 口向VXI模件輸入有效的模擬/數位訊號，並通過AD和普通I/O 口採集VXI模件輸出的模擬和數位訊號，再通過數據處理診斷該VXI模件是否完好，通過數據流的速度，可以測定VXI模件的性能是否還能滿足VXI系統現有的要求，用類似的方法完成VXI模件的多項測試任務。
[0028]結合圖3，圖3是本發明的軟體流程圖；上電後，系統首先完成初始化工作；判斷忙信號是否為「0」，「O」表示系統空閒，可以進行任務設定，「 I 」代表系統正忙，不能進行任務設定；當忙信號為「O」時，等待外界輸入任務設定信息；在確認了任務後置位忙信號並調用相應的程序，根據任務需要，設置相應的輸入輸出模塊，再通過輸入輸出模塊輸出相應的數據給VXI模件，並利用數據採集模塊採集VXI模件的輸出信息；最後通過對輸出的數據和採集到的數據進行數據處理，得到此次測試的結果並復位忙信號，重新回到忙信號判斷，以便設定新任務。
【權利要求】
1.一種基於FPGA的VXI模件測試儀，包括FPGA核心處理模塊、模擬信號提供模塊、模擬信號採集模塊、數位訊號採集模塊、數位訊號提供模塊、測試任務設定模塊、測試過程及結果顯示模塊、開關光耦隔離模塊、線性光耦隔離模塊，其特徵在於:通過J14A接口與VXI模件相連，在電氣隔離下，通過模擬信號提供模塊、數位訊號提供模塊向VXI模件輸入有效數據，通過模擬信號採集模塊、數位訊號採集模塊採集VXI模件的輸出，再通過數據處理診斷VXI模件是否完好，通過數據流的速度測定VXI模件的性能是否還能滿足VXI系統的要求，完成VXI模件測試；FPGA核心處理模塊，用FPGA作為核心控制晶片，EPCS系列晶片存儲代碼，SDRAM用於存儲數據；FPGA在確定測試任務後控制模擬和數位訊號採集部分採集VXI模件的輸出信號，控制數位訊號提供模塊和模擬信號提供模塊向VXI模件提供測試信號，測試過程根據需要利用SDRAM存取數據，通過將輸入輸出信號與程序預設值比較獲得測試結果，將相應信息顯示在彩色顯示屏上；模擬信號採集/提供模塊採用AD和DA轉換器及相應的應用支持電路構成，採用線性光電耦合器實現模件之間電氣隔離並不改變模擬輸出波形的特徵；AD轉換器接收來自FPGA的命令，實現模件模擬輸出波形的採集；FPGA控制DA轉換器向被測模件輸入測試波形；數位訊號採集模塊和數位訊號提供模塊採用普通I/O 口構成，通過開關型光電耦合器實現與模件之間的電氣隔離，利用輸入口採集模件輸出的數據，利用輸出口向VXI模件提供測試數據或中斷觸發信號；測試任務設定模塊由標準的4*4矩陣鍵盤構成；開關光耦隔離模塊、線性光耦隔離模塊由開關光電耦合器件和線性光電耦合器件構成，用於實現儀器與VXI模件之間模擬信號的線性光電耦合和數位訊號的開關光電耦合，達到保護VXI模件和測試儀器的作用。
2.根據權利要求1所述的一種基於FPGA的VXI模件測試儀，其特徵在於:所述測試過程及結果顯示模塊由2.4寸TFT彩色顯示屏構成，用於顯示當前測試任務，測試過程和測試結果，以及可能的故障信息。
【文檔編號】G01R31/00GK103983871SQ201410206188
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】李冰, 陳美遠, 劉江華, 張少傑, 於海強 申請人:哈爾濱工程大學