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基于虚拟仪器的电路板功能测试系统设计.pdf 72页
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硕士学位论文
湖 南 大 学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所
取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任
何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡
献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的
法律后果由本人承担。
作者签名：
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意
学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文
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本学位论文属于
1、保密□，在
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2 、不保密?。
（请在以上相应方框内打“√” ）
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导师签名：
基于虚拟仪器的电路板功能测试系统设计
功能测试 （Functional test ，FCT ）是对被测电路板提供模拟的运行环境(激励
和负载)，使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证被测电路
板功能好坏的测试方法。一般专指实装电路板 （Printed Circuit Board Assembly ，
PCBA ）的功能测试。
PCBA 是指已经装配上各种电子器件的电路板，是电子产品的主要组成部分。
对于一块电路板上不同功能的电路，如果采用传统的测量仪器，则需要使用不同
的测量仪器，这样会增加测试系统复杂性。在分析国内外PCBA 测试方法基础之
上，本文设计了一种基于虚拟仪器开发软件LabVIEW 、NI 板卡、PXI 总线的PCBA
功能测试系统。
应用高速的PXI 总线进行通讯的测试方案，可解决传统的测试方法速度低的
问题；应用NI 高速稳定的板卡的测试方案，主要是针对传统的测试方法可靠性、
可维护性的问题；应用 LabVIEW
开发软件，主要是针对传统的测试方法可持续
开发性差、开发界面不友好的问题。
硬件方面，在分析电路板功能测试系统的硬件模块的基础之上，以 PXI 总线、
NI 数据采集板卡、矩阵开关板卡为核心，设计了一种基于 PXI 总线的功能测试系
统，该系统中包括PXI 总线、18 槽PXI 总线机箱、数据采集板卡、矩阵开关板卡、
程控电源、测试治具等硬件设备，能够满足系统数据采集的需求。
软件方面，采用模块化编程思想，将系统分为五个功能模块。通过对板卡底
层驱动的编程及参数调整，实现了对基本的电压、电流、频率等信号的测量要求；
通过应用Active X 技术实现了把测试结果运用报表显示出来。
通过测试实例，证明了本文设计的 FCT 系统具有通用性强、可扩展性好、操
作方便等特点。
关键词：功能测试；实装电路板；PXI 总线；虚拟仪器；LabVIEW ；数据采集
硕士学位论文
Functional test is to provide simulation running enviro
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国外经典：H桥电机驱动原理与应用
助理工程师
10:45:44　　
H桥电机驱动原理与应用
原著：吉姆布朗 1998年4月
整理上传：鲍勃乔丹 2002年9月
翻译：韦文潮 2007年12月
我们首先来看马达是如何转动的呢？举个例子：你手里拿着一节电池，用导线将马达和电池两端对接，马达就转动了；然后如果你把电池极性反过来会怎么样呢？没有错，马达也反着转了。
OK，这个是最基本的了。现在假设你想用一块指甲盖大小的微控制芯片(MCU)。你又如何控制马达的呢？首先，你手上有一个固态的状态开关——一个晶体管——来控制马达的开关。
提示：如果你用继电器连接这些电路的时候，要在继电器线圈两端并一个二极管。这是为了保护电路不被电感的反向电动势损坏。二极管的正极（箭头）要接地，负极要接在MCU连接继电器线圈的输出端上。
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电路连接好后，你可以用一个逻辑输出的信号来控制马达了。高电平（逻辑1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑0）让继电器断开，马达停止。
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在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，我们可以控制马达的翻转和停止。
问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转好反转，怎么办？难道每次都要把马达的连线反过来接？
我们先来看另一个概念：马达速度。当我们在其中一种状态下，频繁的切换开关状态的时候，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来的是马达速度的变化。
我们想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——没错，就是H桥电路。H桥电路的“H”的意思是它实际电路在电路图上是一个字幕H的样式。下图就是一个用继电器连接成的H桥电路。
处于“高”位置的继电器是控制电源流入的方向，称之为“源”电路；处于“低”位置的继电器是控制电源流入地的方向，称之为“漏”电路。
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现在，你将左上电路（A）和右下电路（D）接通，马达就正转了（如下图）。此时各个端口的逻辑值为A-1、B-0、C-0、D-1.
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将逻辑值反过来，电路的方向就调转了，马达反转（如下图）。此时逻辑值为A-0、B-1、C-1、D-0。
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注意：千万不能将同一侧的两个电路同时接通，否则会在电源和地之间形成短路。比如A和C或者B和D同时为1.
半导体H桥：现在我们来讨论使用场效应管连接的H桥。
这是我们实际使用的H桥电路的真正形式。我们现在不需要在继电器两端接二极管了，不过还是要在控制管两端接。下图是电路图。
在图上我们看到晶体管代替了继电器。在高位的晶体管必须是PNP型三极管或者P沟道场效应管；低位的晶体管必须是NPN型三极管或者N沟道型场效应管。
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如果你将两个高位电路或者两个低位电路同时接通，你的马达会自动制动。这是因为当没有电源供给时，马达在自由转动的情况下是处于发电状态，同位的电路接通，相当于将马达的两端“短接”，那么马达会因为短路而相当与接了一个无限大功率的电炉即一个很大的负载，所以马达就会产生“电”制动；当你把马达两端悬空后，它就恢复自由了。
为了以避免马达的反电动势的危害，我们仍然需要在晶体管两端接二极管，因为马达线圈在电路开闭瞬间产生的反向电动势通过会高过电源，这样对晶体管和电路会有很大的影响甚至烧毁零件。
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半导体晶体管本身有导通电阻，在通过大电流时会明显发热，如果没有散热措施会很容易烧毁。这样就会限制电路功率的增加。
Mosfets（金属氧化物半导体场效应晶体管），这里简称MOS管，由于结构和原理的不同，导通电阻远比普通三极管低，允许流过更大的电流。而且MOS管都内置有反向二极管来保护管子本身。所以采用MOS管连接H桥不但效率可以提高，电路也可以简化。
使用MOS管搭建H桥，高位电路要用P沟道管；低位要用N沟道管。因为N沟道管比P沟道管便宜的多，所以有人用N沟道管在高位，加上削波电路来抑制反电动势。
应用H桥的关键是四个电路开闭状态的准确。一旦在电源和地之间出现通路，毫无疑问会立刻产生短路，让你的晶体管变成一枚小炸弹。下面我们介绍一些H桥的集成电路，这样我们可以更容易更安全的使用H桥。
常用H桥集成电路
L293内置两个H桥，每个桥提供1A的额定工作电流，和最大2A的峰值电流。它能驱动的马达一般是不超过35毫米照片胶卷筒大小。
L298内置两个H桥，每个桥提供1A的额定工作电流，和最大3A的峰值电流。它能驱动的马达不超过可乐罐大小。
LMD18200内置1个H桥，工作电流2~3A，峰值电流6A。它驱动可乐罐大小的马达。
当然还有很多H桥集成电路，这里就不一一介绍了。
好了！关于马达和H桥我们就说到这里了，祝你玩得愉快！
请访问DPRG H-Bridge Project，获取更多H桥DIY的详细资源。
L298集成电路应用实验原著：吉姆布朗 1998年4月
整理上传：NCC 2002年8月
翻译：韦文潮 2007年12月
本电路实验主要使用一片L298加上1000微法电容和12个二极管。目的是制作一个便携式的两路马达驱动电路，提供微处理器控制接口。该L298应用电路的设计者是克莱迪蒙。
电路板只需要单面覆铜板即可，在元件面可以印刷加上接口说明和元件引线说明。
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说明：L298的1、2端控制马达A的开关、正反，enable A 控制脉宽；3、4端和enable B控制马达B。
该电路图版权遵照第二版或者以上的通用公共授权（GNU GPL），任何人可以将此电路应用与任何场合、任何用途，并不受限制的修改或者改进，这些修改或改进同样对所有人公开。
机器人基地推出的产品：
Arduino 双H桥直流电机驱动板 步进电机驱动板 机器人配件
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双H桥直流电机驱动板功能图解
& && &&&LKV－HM3.0双H桥直流电机驱动板采用ST公司的L298N典型双H桥直流电机驱动芯片，可用于驱动直流电机或双极性步进电机，此驱动板体积小，重量轻，具有强大的驱动能力：2A的峰值电流和46V的峰值电压；外加续流二极管可防止电机线圈在断电时的反电动势损坏芯片；虽然芯片过热时具有自动关断功能，但安装散热片使芯片温度降低，让驱动性能更加稳定；板子设有2个电流反馈检测接口、内逻辑取电选择端、4个上拉电阻选择端、2路直流电机接口和四线两相步进电机接口、控制电机方向指示灯、4个标准固定安装孔。此驱动板适用于智能程控小车、轮式机器人等，可配合各种控制器使用，帮你实现机器人DIY梦想。
L298N典型双H桥直流电机驱动芯片
设置电流反馈检测接口实现电流控制
电机方向指示灯方便程序调试
控制信号输入接口分开准确控制电机
逻辑部分电源可选择板内取电
高亮逻辑部分电源指示灯
优质接线端子电源接线牢固
四线两相步进电机接口
镀金加厚板量产现货供应（09最新版）产品参数：1.驱动芯片：L298N双H桥直流电机驱动芯片2.驱动部分端子供电范围Vs：＋5V～＋46V3.驱动部分峰值电流Io：2A4.逻辑部分端子供电范围Vss：＋5V～＋7V（可板内取电＋5V）5.逻辑部分工作电流范围:0～36mA6.控制信号输入电压范围：
& &低电平：－0.3V≤Vin≤1.5V
& &高电平：2.3V≤Vin≤Vss7.使能信号输入电压范围：
& &低电平：－0.3≤Vin≤1.5V（控制信号无效）
& &高电平：2.3V≤Vin≤Vss（控制信号有效）8.最大功耗：25W（温度T＝75℃时）9.正常工作温度：－25℃～＋130℃10.驱动板尺寸:60mm×54mm11.驱动板重量：32g12.其他扩展：特设电流反馈检测接口、控制方向指示灯、上拉电阻选择接口、逻辑部分板内取电接口。
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谢谢，一直对各种驱动电路感兴趣
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labview电子技术实验系统研发设计
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基于labview的电子技术实验系统的设计
指导教师：韩耀振
所在院系：信息工程系
期：2010-12
摘　要 - 3 -
引言 - 4 -
1. 1传统电子学实验室教学模式的弊端 - 4 -
1. 1.1 实验室设备利用率低 - 4 -
1. 1.2实验信息管理混乱 - 4 -
1. 1.3 实验教师工作繁杂 - 5 -
1. 2 虚拟仪器在电子实验教学中的应用 - 5 -
虚拟仪器概述 - 5 -
1. 2.2 LabVIEW的编程简介 - 5 -
虚拟仪器中的数字电子技术 - 6 -
数字电路教学实验的设计 - 9 -
1.1平台的构建 - 9 -
1.2 半加器的设计 - 10 -
1.3全加器的设计 - 11 -
1.4比较器的设计 - 12 -
1.5双向同步计数器的设计 - 12 -
1.6与非门的设计 - 14 -
1.7 D触发器的设计 - 14 -
1.8 JK触发器的设计 - 15 -
1.9 译码器的设计 - 16 -
虚拟数字示波器的设计与实现 - 18 -
2.1虚拟示波器的介绍 - 18 -
2.2软件设计思想 - 19 -
2.3 前面板设计 - 20 -
2．4信号采集模块 - 22 -
2.5信号测量和分析控制模块 - 23 -
2.6虚拟示波器的具体软件设计 - 23 -
第三章 基于虚拟仪器的实验室设计方案 - 27 -
3．1虚拟仪器实验室的硬件平台 - 27 -
3．1．1 DAQ虚拟仪器系统 - 28 -
3．1．2 GPIB虚拟仪器系统 - 31 -
3．1．3 VXI虚拟仪器系统 - 32 -
3．1．4 PXI虚拟仪器系统 - 33 -
3．1．5 USB和IEEEl394虚拟仪器系统 - 34 -
3．1．6 RS一232虚拟仪器系统 - 35 -
3．2虚拟仪器实验室的软件平台 - 36 -
3．2．1虚拟仪器软件体系结构(VISA) - 37 -
3．2．2仪器驱动程序 - 37 -
3．2．3应用软件 - 38 -
第四章 论文总结 - 40-
参考文献 - 43 -
致谢 - 44 -
随着低成本高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。我国理工科学校的教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是电子类实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵。因此购置仪器设备的巨大投入经费，一般学校难以承受，造成仪器设备缺乏和过时陈旧等现象，严重影响教学科研效果。另外，由于传统电子学实验室教学模式存在的弊端，造成实验室设备利用率低，实验信息管理混乱，实验教师工作繁杂，最终不仅仅浪费了学校大量的人力物力，而且学生还不能真正地掌握实验，培养过关的动手能力（学校实验室仪器配备不全，一些必要的实验无法展开）。
如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。尤其是虚拟仪器LabVIEW在数字电路实验教学中的应用虚拟仪器
实验室是教学、 科研的重要基地 ,实验室的建设也反映了学校的教学体系、 学科建设和管理体制的水平。电子学实验是理工科专业教学的一个重要内容 ,是培养学生电子技术应用和工程设计能力不可缺少的教学环节。由于其面向的是一个发展迅速的学科 ,所以实验室教学方法、 手段和水平也要不断改进和提高 ,以适应学科的发展。
1. 1传统电子学实验室教学模式的弊端
1. 1.1 实验室设备利用率低
高校实验室教学设备数量有限 ,特别是一些贵重仪器 ,要做到学生与设备一对一配套是不现实的。在传统的实验室教学模式中 ,一般会将学生分为若干小组 ,以组为单位作实验 ,使部分同学难以全部参与和投入 ,没能充分了解和掌握实验全过程。
1. 1.2实验信息管理混乱
实验信息 ,特别是实验数据的存储、 分析和查询是电子实验的一个重要内容。在传统实验教学模式中 ,学生靠手工记录和分析数据。存在的问题是:
第一 ,记录时人为误差较大;
第二 ,不便于保存、 查询和整理。
1. 1.3 实验教师工作繁杂
实验报告的评阅 ,典型问题的解答与数据核对 ,包含大量的重复性工作 ,给指导教师带来很多重复性劳动 ,精力很难集中在实验台上。
1. 2 虚拟仪器在电子实验教学中的应用
虚拟仪器概述　　所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，配合以相应的输入/输出接口，具有计算机显示器的虚拟面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。自美国国家仪器公司(National Instruments，NI) 在1986年提出虚拟仪器的概念之后，虚拟仪
正在加载中，请稍后...基于LabVIEW的光纤多路音视频监测报警系统--《重庆大学》2011年硕士论文
基于LabVIEW的光纤多路音视频监测报警系统
【摘要】：目前,视频监控系统都是一个显示器显示多个小画面,不仅给人眼睛造成疲劳,如果有突发情况,监控人员稍微有点走神,都会造成不利后果。而多路音视频监测系统,当有突发情况发生时,能够准确地将音视频信号自动切换到所发生区域,视频画面在屏幕上显示并进行报警。另外,音视频数据量巨大,如果将所有数据都保存,不仅需要大容量存储空间,而且定期要拷贝、清除数据。LabVIEW开关量程序控制模拟多路开关,实现多路音视频信号的自动切换。从而只将被入侵区域的音视频信号传输给主机,这样仅仅将被入侵的那段音视频信息保存,这将会节约很大的磁盘空间。
本系统采用的光纤声传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、耐腐蚀、稳定性高等突出优点,在复杂的电磁环境下具有很强的生命力。本系统的光纤声传感器利用单纤反射式强度调制原理,通过多模光纤纤端光场分布理论,得出单纤反射式强度调制型光纤声传感器数学模型以及光纤声传感器灵敏度数学模型。运用MATLAB数值分析方法分析了影响光纤声传感器灵敏度的主要因数,进一步计算出了光纤声传感器的最佳结构参数。根据声-机-电系统等效原理,得到传感器探头内部元件声阻抗等效电路图,进而得到灵敏度模型,优化了声传感器探头。根据设计方案制作了光纤声传感器实物模型。设计了光发射机、光接收机等硬件电路,完成了光纤多路音视频监测系统的搭建,并进行了系统性能测试。
通过对系统的性能测试结果表明,所设计的光纤声传感器灵敏度达到63.1mV/Pa左右,比传统的动圈式电传声器灵敏度高,失真度小,其方向性成“8”字形,能够实现360度范围的语音信号拾取,通过音响能够还原语音信号,本系统能够实现多路音视频信号的切换,达到了预期目标。
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TP277
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