Industry: Consumer Goods Products: CompactDAQ, Portable DAQ, Multifunction DAQ, LabVIEW, PXI/CompactPCI The Challenge: 將多種類型和格式的視頻信號源、數(shù)據(jù)采集、儀器控制和信號切換等功能高度集成，通過軟件對視頻及其它信號進(jìn)行分析和判斷，大幅度提升測試效率，實現(xiàn)復(fù)雜測試過程的自動化、并行化和通用化。 The Solution: 使用NI公司的PXI平臺和硬件模塊，進(jìn)行信號的產(chǎn)生、采集、切換和控制，使用NI的圖形化編程軟件LabVIEW進(jìn)行測試過程的控制、數(shù)據(jù)的分析判斷和用戶界面的編寫，配合可編程電源和并行測試方法，達(dá)成了靈活、自動化的測試系統(tǒng)。 一．音視頻信號處理板的工作原理及測試系統(tǒng)要求 音視頻信號處理板是CRT電視的小信號處理模塊（下文簡稱為小信號板）。某型號的小信號板原理如圖1所示。它對TV射頻信號和各種類型的視頻信號進(jìn)行解碼和處理，轉(zhuǎn)換為適合顯像管掃描的圖像和同步信號；它提供一路Video Out視頻輸出信號供外部視頻設(shè)備使用；它對音頻輸入信號進(jìn)行切換和音效處理，送給揚(yáng)聲器和Audio Out音頻輸出接口。MCU通過I2C總線對各個模塊進(jìn)行控制，并通過遙控（IR）和按鍵（KEY）接口接收用戶的操作指令。 [align=center] 圖1 小信號板工作原理[/align] 根據(jù)小信號板的工作原理，對測試系統(tǒng)的基本要求如下： 1）提供多路直流穩(wěn)壓電源，為小信號板提供工作電源。 2）提供TV射頻信號；提供Video，S-Video, YUV, VGA等模擬視頻信號；提供HDMI數(shù)字音視頻信號；提供模擬立體聲音頻信號。 3）可模擬遙控和按鍵信號，對小信號板進(jìn)行控制。 4）提供行、場反饋信號，使小信號板工作于正常狀態(tài)。 5）可以采集多路直流信號和低頻交流信號；可以采集和輸出開關(guān)信號。 6）可以同時采集3路視頻信號。 二．方案設(shè)計 1.根據(jù)原有測試系統(tǒng)的情況，希望新的測試方案能達(dá)到如下效果： 2.高集成度，盡量減少占用空間。 3.自動化，盡量減少人工因素的影響。 4.通用性，可適應(yīng)不同型號的小信號板，減少重復(fù)開發(fā)工作。 5.高效率，單板測試時間盡可能的短，以適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍要求。 6.高檢出率，對關(guān)心的中間參數(shù)也可以進(jìn)行測試，提高覆蓋率。 通過測試要求分析，虛擬儀器技術(shù)十分符合方案要求，并且能夠較好地達(dá)到方案預(yù)期的效果。NI公司有著豐富的虛擬儀器測試測量產(chǎn)品線，可以給我們提供較大的選擇空間，LabVIEW是一個易學(xué)易用的軟件，可以利用它快速地開發(fā)出復(fù)雜、并行、有效并且易于操作的測試系統(tǒng)。因此我們決定選擇NI公司的軟硬件平臺開發(fā)新的測試系統(tǒng)。總體方案設(shè)計 如圖2所示，其中： 可編程多路電源是在我公司之前開發(fā)的數(shù)控電源基礎(chǔ)上重新設(shè)計而來，具3路可編程和3路固定電壓輸出，將這6路電壓輸出分配成兩個獨立的通道，可同時為兩塊小信號板供電。電源功率達(dá)到2X6X25W。輸出電壓范圍為1.5-50V。另外增加了串口，可通過計算機(jī)對其編程，使其可為不同型號的小信號板提供電源。 TV射頻信號由中央信號系統(tǒng)提供，模擬視頻信號的產(chǎn)生由PXI-6541高速數(shù)字I/O和外圍簡單的編碼電路構(gòu)成。HDMI信號采用我公司現(xiàn)有的USB-HDMI模塊，重新設(shè)計成具有4路輸出的HDMI信號發(fā)生器，可同時供兩塊小信號板使用。 遙控信號由M系列DAQ卡PXI-6259的數(shù)字輸出DO產(chǎn)生，按鍵信號由6259的模擬輸出AO產(chǎn)生。 行反饋信號由6259的計數(shù)器Counter產(chǎn)生；場反饋信號則由場輸出鋸齒波整形后直接反饋回去。 對于直流、低頻、開關(guān)信號等，都由6259來進(jìn)行采集或產(chǎn)生處理。 3路視頻采集由2塊PXI-5112數(shù)字化儀來完成。 工業(yè)數(shù)字I/O模塊PXI-6515完成電源通斷和保護(hù)繼電器的動作控制；繼電器模塊PXI-2530完成視頻同步信號及其它信號的切換。 信號調(diào)理電路進(jìn)行信號范圍的變換，信號的保護(hù)、緩沖和接口轉(zhuǎn)換等工作。 利用PXI-8196控制器提供的USB口連接掃描儀。利用串口對可編程電源的電壓進(jìn)行設(shè)置，利用網(wǎng)絡(luò)接口連接局域網(wǎng)。 由于希望能夠通用多種型號的小信號板，我們設(shè)計了一種通用的測試針床底座，通過插座將底座和針床的信號連接起來，當(dāng)測試其它型號的小信號板時，只需要更換針床和調(diào)用相應(yīng)的軟件配置就可以了。 為了大幅提高測試效率，這里采用了并行工作的思路，兩塊小信號板被同時測試，僅在測試RGB和Video 時，由于數(shù)字化儀的數(shù)量限制，而采用了分步測試。 [align=center] 圖2 總體方案框圖[/align] 三．關(guān)鍵模塊軟硬件的實現(xiàn) 1）小信號板的驅(qū)動：要使小信號板進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需要為其提供行、場反饋信號。 行輸出是33K－34K的方波，行反饋信號是跟隨其頻率，且相位和占空比可調(diào)的方波。利用NI的M系列數(shù)據(jù)采集卡PXI-6259的計數(shù)器所具有的可重觸發(fā)（retriggerable）特性，可以方便地生成行反饋信號。行輸出信號作為觸發(fā)信號對Counter進(jìn)行觸發(fā)，使之連續(xù)產(chǎn)生與觸發(fā)信號頻率相同的脈沖信號，其前面板和程序如圖3和圖4所示。通過High ticks、 low ticks和Idle Status的調(diào)整，可對脈沖波形的占空比和相位進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)了需要的行反饋信號。 因為小信號板對場反饋沒有嚴(yán)格的相位和占空比要求，將場輸出鋸齒波經(jīng)過簡單的整形后即可作為場反饋信號使用。 [align=center] 圖3 行反饋產(chǎn)生前面板 圖4 行反饋產(chǎn)生程序圖[/align] 2）各種類型和格式的視頻信號產(chǎn)生 對于PCB模塊級的生產(chǎn)測試，不需要對圖像參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，只需要簡單的圖像作為測試信號，例如彩條、方格和灰度等，這里我們采用彩條作為測試信號。 使用NI的50M的32通道高速數(shù)字I/O（PXI-6541）配合簡單的外圍視頻編碼電路，就可以實現(xiàn)各種類型和格式的彩條信號。VGA信號的產(chǎn)生：RGB和行場信號由數(shù)字I/O直接經(jīng)過緩沖得到，可實現(xiàn)VGA, SVGA, XGA, SXGA格式的彩條信號。YUV信號的產(chǎn)生： 6541產(chǎn)生RGB信號和同步信號，RGB和同步信號經(jīng)過運算網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為YUV信號，實現(xiàn)了支持480i-1080p全部格式的YUV彩條信號。Video（CVBS）信號的產(chǎn)生：6541產(chǎn)生RGB和復(fù)合同步信號，通過視頻編碼芯片產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的Video信號和S-Video信號。 用畫圖軟件畫出與信號類型分辨率對應(yīng)的BMP彩條圖像，再由圖5 所示子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為適于PXI-6541發(fā)送的數(shù)字波形。 HDMI信號由USB-HDMI模塊改造而來，將4個模塊集成并集中控制，實現(xiàn)了低成本，高集成度的HDMI信號源，可支持480i-1080P格式，支持?jǐn)?shù)字音頻。 經(jīng)過實際應(yīng)用表明，產(chǎn)生的信號質(zhì)量完全符合測試要求。 [align=center] 圖5 產(chǎn)生彩條信號數(shù)字波形的子程序[/align] 3）視頻信號的采集與分析 小信號板將各種輸入的視頻信號進(jìn)行解碼和變頻處理，產(chǎn)生驅(qū)動顯像管的RGB信號，以及給外部設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)Video信號，因此我們用兩塊NI PXI-5112完成對RGB信號和Video信號的采集。PXI-5112是2通道同步采樣、100 MS/s實時采樣率的數(shù)字化儀。因為采用了彩條作為測試信號，RGB信號的帶寬<1M，Video信號的帶寬<4.5M，為減少數(shù)據(jù)處理量，RGB采集時設(shè)置5112的采樣率為10M；而視頻輸出采用50M采樣率。5112沒有視頻觸發(fā)功能，為了減少運算，我們使用了外置的同步分離電路，RGB和視頻信號經(jīng)過場同步觸發(fā)，每次采集一場信號進(jìn)行分析處理。 利用LabVIEW豐富的信號處理、測量和分析函數(shù)對信號進(jìn)行處理，對信號幅度，同步的幅度、脈寬、頻率，波形的過沖、預(yù)沖以及副載波的幅度，頻率等參數(shù)進(jìn)行測量。另外，通過對齊比較算出其與標(biāo)準(zhǔn)波形的差異率，從而判斷出信號是否合格。視頻分析子程序見圖6。 [align=center] 圖6 視頻分析子程序[/align] 4）遙控碼和按鍵的模擬 小信號板直接接收已解調(diào)的遙控命令，我們只需要模擬未調(diào)制的遙控碼。它是TTL電平的脈沖串，可由6259的數(shù)字輸出DO來模擬。DO的時鐘需要借用AI/O等內(nèi)部時鐘或其它外時鐘，但AI/O和遙控碼工作不能同步，而兩個Counter已被占用，因此只能采用其它外部時鐘。遙控碼的發(fā)送只在小信號板正常工作時才啟用，我們正好借助Counter輸出的行反饋信號34K方波來作為遙控碼的時鐘。一旦小信號板正常工作，行反饋信號十分穩(wěn)定，用它作為時鐘可以達(dá)到精度要求。另外，6259的DO可連續(xù)輸出2047個脈沖，可以連續(xù)發(fā)送大約10組遙控命令，符合測試要求。經(jīng)過驗證，模擬的遙控命令工作穩(wěn)定、可靠。 遙控碼模擬子程序如圖7所示，先由遙控編碼子程序得到各種遙控器所有按鈕的遙控碼波形，再由這個子程序通過PXI-6259的DO將遙控碼發(fā)送出去。 電視的按鍵通常都是AD型的，這里利用6259的模擬輸出AO來實現(xiàn)。測量出每個按鍵對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓后，利用6259的AO，即可實現(xiàn)按鍵功能。模擬按鍵的持續(xù)時間和間隔為20ms，比人工按鍵操作更加快速。 [align=center] 圖7 遙控碼模擬子程序[/align] 5）直流、低頻信號、數(shù)字開關(guān)信號的處理 PXI-6259多通道采集速率高達(dá)1 MS/s，精度16位，具有32路模擬輸入，4路模擬輸出， 48路數(shù)字I/O，利用6259這些豐富全面的功能和高性能，即可滿足對直流、低頻交流信號、開關(guān)等信號的采集或產(chǎn)生等處理。 最終實際的測試系統(tǒng)硬件如圖8所示。硬件系統(tǒng)高度的集成了大量傳統(tǒng)儀器的功能，而占用的空間卻大為減少。 [align=center] 圖8 測試系統(tǒng)照片[/align] 四．用戶界面和輔助功能 測試軟件由LabVIEW平臺進(jìn)行開發(fā)，它將各個測試模塊有效的連接起來，對測試過程進(jìn)行控制，并將測試結(jié)果顯示在屏幕上。測試完成時，它將測試的各個參數(shù)和結(jié)果存儲在硬盤上，供以后追溯和查詢使用。 軟件編寫充分利用了LabVIEW程序可并行運行的特點，使行反饋的產(chǎn)生，小信號板工作狀態(tài)的監(jiān)控等子程序可以和測試程序同時運行，解決了小信號板驅(qū)動和監(jiān)控的問題。 測試軟件提供了友好的人機(jī)界面，見圖9，它允許用戶載入配置文件、自定義測試項目以及修改測試參數(shù)的上下限范圍等，并可按要求對測試報表進(jìn)行查詢、統(tǒng)計和分析。 [align=center] 圖9 軟件用戶界面[/align] 五．測試 系統(tǒng)完成后，我們設(shè)置了一些條件對系統(tǒng)的實際性能進(jìn)行了測試。通過測試員操作，對平均單板測試時間進(jìn)行了測量；通過重復(fù)測試，對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了驗證；通過設(shè)置故障，對系統(tǒng)的檢出率水平進(jìn)行了測試。經(jīng)過測試表明，系統(tǒng)的單板測試時間縮短了一半以上，可靠性和檢出水平都有較好的提升，在自動化、通用性方面都達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計要求。 結(jié)論 利用虛擬儀器軟硬件平臺，開發(fā)出了功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越且易于擴(kuò)展的測試系統(tǒng)，使生產(chǎn)測試性能有了很大的提升。與傳統(tǒng)測試相比較，虛擬儀器測試有著巨大優(yōu)越性，必將得到更廣泛、深入的應(yīng)用。