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系列产品测试平台的硬件和软件实现

作　者: 何爱军
导　师: 朱杰; Terry
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 自动测试开关系统 USB I2C 虚拟仪器 Labwindows/CVI Labview TestStand Borland C++
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前，对EMS(电子制造服务)企业来说，提供完备的制造和测试服务是能在同类型企业中生存的必然条件。成本对于微利的EMS企业来说是至关重要的，其中产线测试成本的降低就成为刻不容缓的课题。很多EMS企业的测试工程师都在对自动测试平台进行标准化和模块化的研究。为何测试工程们都乐此不疲地对测试平台进行标准化和模块化的研究呢？原因有两点：第一、消费类电子产品都趋向于单一产品多种配置或者形成系列产品，而且系列产品中的每个产品的市场需求不是很大，所以EMS企业在制造时经常要出现频繁更换具体产品情况，但为系列产品中的每个产品单独设置测试站显然是不可能的，面对这样的问题，工程师们就把测试站分成测试基座和测试头两部分，亮点是测试头是可以拆卸的。遇到不同产品的时候，产线工程师通过更换相应的测试头就能对产品进行测试。这种概念的提出就要求把测试站进行模块化。第二、由于成本的压力和缩短测试平台开发周期的要求，测试工程师们就开始对测试站的各个模块进行标准化设计，测试平台的模块化和标准化可以大幅缩短开发周期，这样EMS企业就能提供客户快速的测试解决方案。本文也将对自动测试平台进行标准化和模块化的研究，将重点对系列产品自动测试平台的开关系统的硬件和软件标准化研究。目前，较为常见的是工业电脑通过数据输入输出采集卡控制继电器完成自动测试平台开关系统的实现。虽然硬件设计和软件设计较为简单，但不便移植的缺点也是显而易见的。第一、由于数据输入输出采集卡插于工业电脑的PCI插槽中，这样继电器电路板每次移植到新的测试站的时候，必须通过手工焊接完成和数据输入输出采集卡的连接，显然，没有模块化的开关系统移植性很差且反复调试花去的时间很长。第二、大量的电线连接影响测试站的美观和后期维护，通过购买数据输入输出采集卡完成开关系统开发，大大降低了自主开发的能力。2年前，我所参与开发的自动测试平台都是使用数据输入输出采集卡完成开关系统的开发的，让我深有感触的是每次建站的时候，技术员焊线都非常辛苦，且后期调试经常出状况，正是这样我们开始自主开发开关系统。本文中将介绍两种比较成熟且成功运用于实际生产中的自动测试平台的开关系统。其一是由USB转I2C完成继电器控制的开关系统，此系统提供一定数量的输入输出口。其二是由单片机结合FPGA完成继电器控制的开关系统，此系统提供了大量的输入输出口。开关系统的模块化后，测试系统的高度模块化成为可能，从而系列产品的测试站的开发也就迎刃而解了。这两套开关系统相比以前运用数据输入输出采集卡控制继电器完成的开关系统，开发成本较高，且其硬件设计和软件设计较为复杂，但由于其模块化程度高，所以调试完成后的开关系统将具有较强的移植性，复用性。今天我就要介绍一下这两种开关系统的硬件设计和软件设计，后续我还会详细介绍模块化的开关系统植入测试站后，分别使用Labview,Labwindows/CVI,TestStand和Borland C++对测试系统程序模块化设计。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-15
第一章绪论  15-17
  1.1 选题的背景及意义  15
  1.2 课题的研究现状  15-16
  1.3 课题的主要研究内容  16
  1.4 主要难点  16
  1.5 课题研究预期目标  16
  1.6 本章小结  16-17
第二章自动测试技术  17-21
  2.1 自动测试技术的发展  17
  2.2 自动测试系统的组成  17-19
    2.2.1 第三代自动测试系统硬件框架  17-18
    2.2.2 第三代自动测试系统软件框架  18
    2.2.3 自动测试设备  18-19
    2.2.4 自动测试程序集  19
  2.3 虚拟仪器及其技术研究  19-20
    2.3.1 虚拟仪器技术  19-20
    2.3.2 虚拟仪器的组成和数据采集  20
  2.4 测试软件开发平台  20
    2.4.1 Labview  20
    2.4.2 Labwindows/CVI  20
    2.4.3 TestStand  20
  2.5 本章小结  20-21
第三章系列产品自动测试平台策略研究  21-27
  3.1 系列产品自动测试平台策略  21-24
    3.1.1 系列产品自动测试平台硬件策略  21-22
    3.1.2 运用 USB 和 I2C 总线开关系统硬件策略  22-23
    3.1.3 运用单片机和 FPGA 开关系统硬件策略  23-24
    3.1.4 开关系统与工业电脑通讯的选择策略  24
    3.1.5 需要完成的工作  24
  3.2 系列产品测试平台系统设计策略  24-26
    3.2.1 测试平台系统软件结构  24-25
    3.2.2 需要完成的工作  25-26
  3.3 本章小结  26-27
第四章开关系统硬件设计  27-56
  4.1 USB & I2C 开关系统硬件实现电路  27-34
    4.1.1 USB 转 I2C 电路板上 USB 芯片选择  27
    4.1.2 内嵌通用微控制器的 USB 控制芯片 EZ-USB  27-28
    4.1.3 AN2131SC 芯片结构与功能  28-29
    4.1.4 USB 转 I2C 电路板的电源电路  29
    4.1.5 USB 转 I2C 电路板的 USB 转 I2C 电路  29-30
    4.1.6 USB 转 I2C 电路板  30
    4.1.7 AN2131SC 芯片固件程序设计  30-31
    4.1.8 I2C 读写时序介绍  31-32
    4.1.9 I2C 8 位 IO 扩展电路板扩展芯片的选择  32
    4.1.10 I2C 8 位 IO 扩展电路板硬件电路  32-33
    4.1.11 I2C Jig ID 电路板硬件电路  33-34
  4.2 单片机和 FPGA 结合的开关系统硬件实现电路  34-42
    4.2.1 8751 继电器 I/O 电路板 TTL 电平转换芯片  34-35
    4.2.2 8751 继电器 I/O 电路板 TTL 电平转换电路  35-36
    4.2.3 8751 继电器 I/O 电路板电源电路  36
    4.2.4 8751 继电器 I/O 电路板单片机芯片选择  36-37
    4.2.5 8751 继电器 I/O 电路板 FPGA 芯片选择  37
    4.2.6 8751 继电器 I/O 电路板单片机和 FPGA 连接  37-39
    4.2.7 8751 继电器 I/O 电路板单片机和 FPGA 具体实现电路  39-40
    4.2.8 8751 继电器 I/O 电路板 IO 扇出设计  40-41
    4.2.9 继电器口部分电路  41-42
  4.3 单片机和 FPGA 开关系统固体程序设计  42-55
    4.3.1 单片机与 FPGA 通信程序  42-43
    4.3.2 工业电脑与 FPGA 通信程序  43-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章系列产品测试平台的实现  56-62
  5.1 对应方案 1 搭建的自动测试平台框架  56-57
  5.2 方案 1 搭建的自动测试平台  57-58
  5.3 方案 1 的自动测试平台中基座和测试头物理连接设计  58-59
  5.4 方案 2 搭建的自动测试平台框架  59
  5.5 方案 2 搭建的自动测试平台  59-60
  5.6 方案 2 自动测试平台的 BASE 和测试头物理连接设计  60-61
  5.7 本章小结  61-62
第六章测试程序设计  62-86
  6.1 方案 1 搭建的模块化测试程序  62-67
    6.1.1 测试平台界面程序  62-63
    6.1.2 开关系统计算机端控制程序  63-64
    6.1.3 常用测量仪器和板卡标准界面的设计  64
    6.1.4 RS232 设计的控制  64-65
    6.1.5 测试执行程序  65-67
  6.2 方案 2 搭建的模块化测试程序  67-85
    6.2.1 平台界面程序  68-70
    6.2.2 工业电脑与开关系统通讯读取测试头地址  70-72
    6.2.3 测试平台的初始化程序  72-73
    6.2.4 8751 继电器 IO 电路板的建立的标准手册文件  73-77
    6.2.5 测试中开始和中断的程序设计  77-78
    6.2.6 限制文件读取的程序设计  78-81
    6.2.7 测试结果文件生成的程序设计  81-83
    6.2.8 测试的程序流程设计  83-85
  6.3 本章小结  85-86
第七章系统测试与数据分析  86-92
  7.1 方案 1 测试系统运用于汽车产品的测试中情况  86-89
    7.1.1 测试系统的基座和测试头  86
    7.1.2 基座和测试头连接器设计  86-87
    7.1.3 模块化的测试系统程序  87
    7.1.4 系统测试设备运行情况  87-89
  7.2 方案 2 测试系统运用于海事产品中的测试中情况  89-91
    7.2.1 测试系统的基座和测试头  89-90
    7.2.2 基座和测试头连接器设计  90
    7.2.3 系统测试设备运行情况  90-91
  7.3 本章小结  91-92
第八章全文总结  92-94
  8.1 主要结论  92
  8.2 展望研究  92-94
参考文献  94-96
致谢  96-97
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  97

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