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、數據采集、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行分析和判斷，大幅度提升測試效率，實現復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，進行信號的產生、采集、切換和控制，使用NI的圖形化編程軟件LabVIEW進行測試過程的控制、數據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，達成了靈活、自動化的測試系統。 一．音視頻信號處理板的工作原理及測試系統要求 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行解碼和處理，轉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備使用；它對音頻輸入信號進行切換和音效處理，送給揚聲器和Audio Out音頻輸出接口。MCU通過I2C總線對各個模塊進行控制，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] 根據小信號板的工作原理，對測試系統的基本要求如下： 1）提供多路直流穩壓電源，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，對小信號板進行控制。 4）提供行、場反饋信號，使小信號板工作于正常狀態。 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信號。 6）可以同時采集3路視頻信號。 二．方案設計 1.根據原有測試系統的情況，希望新的測試方案能達到如下效果： 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，可適應不同型號的小信號板，減少重復開發工作。 5.高效率，單板測試時間盡可能的短，以適應生產節拍要求。 6.高檢出率，對關心的中間參數也可以進行測試，提高覆蓋率。 通過測試要求分析，虛擬儀器技術十分符合方案要求，并且能夠較好地達到方案預期的效果。NI公司有著豐富的虛擬儀器測試測量產品線，可以給我們提供較大的選擇空間，LabVIEW是一個易學易用的軟件，可以利用它快速地開發出復雜、并行、有效并且易于操作的測試系統。因此我們決定選擇NI公司的軟硬件平臺開發新的測試系統。總體方案設計 如圖2所示，其中： 可編程多路電源是在我公司之前開發的數控電源基礎上重新設計而來，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提供，模擬視頻信號的產生由PXI-6541高速數字I/O和外圍簡單的編碼電路構成。HDMI信號采用我公司現有的USB-HDMI模塊，重新設計成具有4路輸出的HDMI信號發生器，可同時供兩塊小信號板使用。 遙控信號由M系列DAQ卡PXI-6259的數字輸出DO產生，按鍵信號由6259的模擬輸出AO產生。 行反饋信號由6259的計數器Counter產生；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、開關信號等，都由6259來進行采集或產生處理。 3路視頻采集由2塊PXI-5112數字化儀來完成。 工業數字I/O模塊PXI-6515完成電源通斷和保護繼電器的動作控制；繼電器模塊PXI-2530完成視頻同步信號及其它信號的切換。 信號調理電路進行信號范圍的變換，信號的保護、緩沖和接口轉換等工作。 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行設置，利用網絡接口連接局域網。 由于希望能夠通用多種型號的小信號板，我們設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，當測試其它型號的小信號板時，只需要更換針床和調用相應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，由于數字化儀的數量限制，而采用了分步測試。 [align=center] 圖2 總體方案框圖[/align] 三．關鍵模塊軟硬件的實現 1）小信號板的驅動：要使小信號板進入正常工作狀態，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的方波。利用NI的M系列數據采集卡PXI-6259的計數器所具有的可重觸發（retriggerable）特性，可以方便地生成行反饋信號。行輸出信號作為觸發信號對Counter進行觸發，使之連續產生與觸發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的調整，可對脈沖波形的占空比和相位進行調整，從而實現了需要的行反饋信號。 因為小信號板對場反饋沒有嚴格的相位和占空比要求，將場輸出鋸齒波經過簡單的整形后即可作為場反饋信號使用。 [align=center] 圖3 行反饋產生前面板 圖4 行反饋產生程序圖[/align] 2）各種類型和格式的視頻信號產生 對于PCB模塊級的生產測試，不需要對圖像參數進行調試，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通道高速數字I/O（PXI-6541）配合簡單的外圍視頻編碼電路，就可以實現各種類型和格式的彩條信號。VGA信號的產生：RGB和行場信號由數字I/O直接經過緩沖得到，可實現VGA, SVGA, XGA, SXGA格式的彩條信號。YUV信號的產生： 6541產生RGB信號和同步信號，RGB和同步信號經過運算網絡轉換為YUV信號，實現了支持480i-1080p全部格式的YUV彩條信號。Video（CVBS）信號的產生：6541產生RGB和復合同步信號，通過視頻編碼芯片產生標準的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的BMP彩條圖像，再由圖5 所示子程序將其轉換為適于PXI-6541發送的數字波形。 HDMI信號由USB-HDMI模塊改造而來，將4個模塊集成并集中控制，實現了低成本，高集成度的HDMI信號源，可支持480i-1080P格式，支持數字音頻。 經過實際應用表明，產生的信號質量完全符合測試要求。 [align=center] 圖5 產生彩條信號數字波形的子程序[/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行解碼和變頻處理，產生驅動顯像管的RGB信號，以及給外部設備使用的標準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，為減少數據處理量，RGB采集時設置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和視頻信號經過場同步觸發，每次采集一場信號進行分析處理。 利用LabVIEW豐富的信號處理、測量和分析函數對信號進行處理，對信號幅度，同步的幅度、脈寬、頻率，波形的過沖、預沖以及副載波的幅度，頻率等參數進行測量。另外，通過對齊比較算出其與標準波形的差異率，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的遙控命令，我們只需要模擬未調制的遙控碼。它是TTL電平的脈沖串，可由6259的數字輸出DO來模擬。DO的時鐘需要借用AI/O等內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，行反饋信號十分穩定，用它作為時鐘可以達到精度要求。另外，6259的DO可連續輸出2047個脈沖，可以連續發送大約10組遙控命令，符合測試要求。經過驗證，模擬的遙控命令工作穩定、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。測量出每個按鍵對應的標準電壓后，利用6259的AO，即可實現按鍵功能。模擬按鍵的持續時間和間隔為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、數字開關信號的處理 PXI-6259多通道采集速率高達1 MS/s，精度16位，具有32路模擬輸入，4路模擬輸出， 48路數字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、開關等信號的采集或產生等處理。 最終實際的測試系統硬件如圖8所示。硬件系統高度的集成了大量傳統儀器的功能，而占用的空間卻大為減少。 [align=center] 圖8 測試系統照片[/align] 四．用戶界面和輔助功能 測試軟件由LabVIEW平臺進行開發，它將各個測試模塊有效的連接起來，對測試過程進行控制，并將測試結果顯示在屏幕上。測試完成時，它將測試的各個參數和結果存儲在硬盤上，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，使行反饋的產生，小信號板工作狀態的監控等子程序可以和測試程序同時運行，解決了小信號板驅動和監控的問題。 測試軟件提供了友好的人機界面，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的上下限范圍等，并可按要求對測試報表進行查詢、統計和分析。 [align=center] 圖9 軟件用戶界面[/align] 五．測試 系統完成后，我們設置了一些條件對系統的實際性能進行了測試。通過測試員操作，對平均單板測試時間進行了測量；通過重復測試，對系統可靠性進行了驗證；通過設置故障，對系統的檢出率水平進行了測試。經過測試表明，系統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、通用性方面都達到了系統設計要求。 結論 利用虛擬儀器軟硬件平臺，開發出了功能強大、性能優越且易于擴展的測試系統，使生產測試性能有了很大的提升。與傳統測試相比較，虛擬儀器測試有著巨大優越性，必將得到更廣泛、深入的應用。