MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Automatizálási és Infokommunikációs Intézet

Szakirány megnevezés

Automatizált teszteléshez eszköz fejlesztés

Diplomamunka

Csörgő Ádám

HMIL2Y

Miskolc, 2017

EREDETISÉGI NYILATKOZAT

Alulírott ……………………………………………………….; Neptun-kód:…………………

a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős ……………. szakos hallgatója

ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom,

hogy

………………………………………………………………………………………………

című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom

felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt.

Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít:

- szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül;

- tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül;

- más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.

Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy

plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.

Miskolc,.............év ………………..hó ………..nap

…….……………………………….…

Hallgató

Tartalomjegyzék Bevezetés ...................................................................................................................................... 6

1. Automatizált tesztelés ............................................................................................................. 7

1.1Automatizált tesztelési rendszerek ................................................................................... 7

1.11 AOI – Automatizált Optikai Vizsgálat .......................................................................... 7

1.12 In-circuit tesztelés ( ICT ) ............................................................................................. 8

1.13 Röntgensugaras tesztelés (AXI) .................................................................................. 10

1.14 Peremfigyelés ( Boundary scan ) ................................................................................ 11

1.15 Flying probe tesztelés .................................................................................................. 11

1.16 Funkcionális tesztelés .................................................................................................. 12

1.2 Az NI TestStand rendszerének bemutatása .................................................................. 13

1.2.1 Alapok ........................................................................................................................ 13

1.2.2 TestStand motorja (TestStand engine ) ...................................................................... 14

1.2.3 Szekvencia szerkesztő (Sequence editor) ................................................................... 14

1.2.4 Kezelőfelület(ek) (Operator Interface(s)) ................................................................... 14

1.2.5 Modul adapterek (Module adapters ) ......................................................................... 14

1.3. Analóg jelek tesztelési lehetőségei ................................................................................. 19

1.4. Digitális jelek tesztelési lehetőségei ............................................................................... 23

2. Automatizált teszteléshez eszköz fejlesztése, NI TestStand platformon........................... 27

2.1. Tervezzen meg egy analóg és digitális jeleket használó elektronikai áramkört! ...... 27

2.1.1 Analóg jel vizsgálata .................................................................................................. 29

2.1.2 Digitális jel vizsgálata ................................................................................................ 30

2.2. Építse meg az áramkört! ............................................................................................... 33

2.3. Specifikálja a tesztelési követelményeket!.................................................................... 35

2.3.1 Analóg áramkör .......................................................................................................... 35

2.3.2 Digitális áramkör ........................................................................................................ 37

2.4. Tervezze meg a tesztrendszert! ..................................................................................... 38

2.4.1 PXI rendszer ............................................................................................................... 38

2.4.2 Mérésadatgyűjtő program kidolgozása ...................................................................... 40

2.4.3 TestStand szekvencia létrehozása. ............................................................................. 49

3. Automatizált teszteléshez eszköz fejlesztése NI VeriStand platformon ........................... 51

3.1 NI VeriStand rendszere .................................................................................................. 51

3.1.1 „System Explorer” ablak ............................................................................................ 52

3.1.2.API könyvtárak: ......................................................................................................... 53

3.1.3„Munkahely” eszközök: .............................................................................................. 53

3.1.4. Stimulus Profile Editor – Impulzus Generátor Szerkesztő ........................................ 54

Összegzés .................................................................................................................................... 58

Summary .................................................................................................................................... 60

Irodalomjegyzék ........................................................................................................................ 62

Mellékletek ................................................................................................................................. 63

6 / 67

Bevezetés

A diplomamunkám részeként egy eszköz fejlesztésével foglalkoztam, ami automatizált

teszteléshez alkalmazható.

Az alapgondolat az volt, hogy először is tervezzek meg egy eszközt, áramkört, majd

készítsem is el, úgy, hogy legyen alkalmas analóg és digitális jelek fogadására,

kezelésére. Ezután pedig készítenem kellett egy a TestStand, valamint a VeriStand

szoftver környezetben használható tesztprogramot, mellyel ellenőrizni tudom a

működésének helyességét.

Először is körbejártam a témakört s a bevezető fejezetekben, a manapság használatos

áramkör tesztelő berendezésekkel foglalkozom.

Rövid ismertetővel bemutatom az általam is használt két szoftvert, a TestStand és

VeriStand programokat.

Külön fejezetrészben foglalkozom a használni kívánt áramkör tervezésével,

kivitelezésével, illetve a használatával.

Végül ismertetem, hogy hogyan jutok el az alap LabVIEW programtól a fent említett

szoftverek használatához.

7 / 67

1. Automatizált tesztelés

A tesztek automatizálásával a különböző folyamataink során akár jelentős költségeket is

spórolhatunk, lerövidíthetjük a teszt végrehajtásához szükséges időt, valamint

megnövelhetjük a pontosságot és egyéb pozitív hatásokat is elérhetünk. Előnyei közé

sorolható még, hogy könnyebben dokumentálható, illetve hiba esetén nagy

valószínűséggel reprodukálható. Általánosságban véve kijelenthető, hogy amennyiben

hosszútávon gondolkodunk, az esetek nagy részében a tesztek automatizálása, a manuális

teszteléshez képest sokkal olcsóbb és hatékonyabb megoldás.

Azonban nem minden teszt automatizálható és figyelembe kell vennünk a felmerülő

járulékos költségeket is.

A következőkben néhány automatizált tesztelési rendszert mutatok be.

1.1Automatizált tesztelési rendszerek

1.11 AOI – Automatizált Optikai Vizsgálat

Az elektronikai panelgyártásban az automatikus optikai ellenőrzés lényeges részét teszi

ki a minőségellenőrzési folyamatnak, ahol a funkcionális tesztelés mellett és kiegészítve

azt, a kamerás ellenőrzéssel könnyen beazonosíthatóak a beültetés és beszerelés alatt

keletkezett hibák. Gyártók a termékeik magas színvonalának megtartásához

elengedhetetlen a vizuális ellenőrzés alkalmazása, ami történhet teljesen automatizáltan

vagy emberi szemmel. Mindkét alkalmazásnak megvannak a saját előnyei, hátrányai.

Az számítógép által vezérelt optikai minőség-ellenőrzés (AOI) nagy pontosságot, gyors

működést biztosít, és alacsony hibával dolgozik. Az operátorok által végzett szemmel

történő minőség-ellenőrzés nagy előnye és egyben hátránya is az emberi tényező. Az egy

panel átvizsgálásához szükséges idő lényegesen nagyobb a gépesített társához képest,

nem beszélve a szem fáradékonyságáról. Az alkatrészek méretéből adódóan kínzóan

megterhelő a nyomtatott áramköri panel átpásztázása órákon keresztül, ami akaratlanul is

nem várt hibához vezethet. Az AOI gépek esetében ez a faktor nem játszik szerepet,

viszont az ilyen gépekhez csak csillagászati áron juthatunk hozzá. A piacon lévő AOI

gépek komplex és átfogó megoldást nyújtanak az optikai vizsgálathoz, azoknak a

cégeknek, akik ezt az összeget képesek kigazdálkodni.

8 / 67

1. ábra AOI tesztelő.

Előnyei:

• objektív eredmény

• automatizált

• gyártás során sok helyen alkalmazható

• gyorsabb, pontosabb, megbízhatóbb, mint az MVI

Hátrányai:

• az optikailag nem látható hibákat nem tudja detektálni

• rossz betanítás eredményeként => pszeudo hiba

1.12 In-circuit tesztelés ( ICT )

Célja az elektronikai panelre szerelt alkatrészek helyének/polaritásának, előírt értékének

mérése. Az in-circuit alkatrész-tesztelés alapvetően abban tér el a szereletlen alkatrészek

(ellenállások, kondenzátorok, tranzisztorok stb.) paramétereinek mérésétől, hogy itt a

mérendő alkatrészt körülvevő, vele villamos kapcsolatban levő további alkatrészek

zavaró hatását speciális méréstechnikai módszerekkel kell kiiktatni.

9 / 67

2. ábra ICT teszter.

Az in-circuit tesztelés alkalmával a panel tápfeszültséget nem kap.

In-circuit teszteléssel csak a passzív alkatrészek, mint pl. vezeték, ellenállás, kondenzátor

stb. ellenőrizhetőek. Az analóg, digitális, vagy vegyes jellegű integrált áramkörök

működését ezzel a módszerrel nem lehet megvizsgálni.

A szerelt panelben levő alkatrészekhez speciális eszközökkel lehet csatlakozni:

leggyakrabban rugózó vizsgáló tűkből összeállított un. tűágyra szorítják rá a vizsgálandó

panelt. Kis gyártási sorozat esetén gazdaságos a repülő mérőfejes (flying probe)

mechanika használata.

Előnyei:

• hibák egyszerű kimutatása

• gyors teszt

• termelékenység növelés

Hátrányai:

• a tűágyak nem univerzálisak

• az SMT alkatrészek mérete

• megelőzésre nem alkalmas

• a kötések és kontaktusok minősége nem ellenőrizhető

• mérőtűk sérülése vagy szennyeződése

10 / 67

1.13 Röntgensugaras tesztelés (AXI)

A látható fénytartományban működő optikai tesztelés nem alkalmazható abban az

esetben, ha panelen belüli (pl. belső huzalozás, via), vagy beültetett alkatrész alatti

területek (pl. huzalozás, forrasztás) vizsgálatára van szükség. A röntgensugaras ellenőrző

berendezések segítségével a vizsgált tárgyról anyagminőséggel és mennyiséggel arányos

szürkeárnyalatos képet alkothatunk. Ezzel a módszerrel vizsgálható optikailag nem

érzékelhető részlet is. A röntgensugaras ellenőrző berendezések képesek megtalálni a

szemmel láthatatlan forraszkötési hibákat, és a legtöbb esetben alkatrész-beültetési hiba

detektálására is alkalmasak. A röntgengépek különösen fontos szerepet töltenek be az

ólommentes forrasztás ellenőrzésében, mert az itt előforduló gázzárvány-képződés

(voiding) leginkább röntgengépekkel vizsgálható. A röntgensugaras tesztelést

gyártósoron az AXI (Automated X-ray Inspection) készülékek végeznek.

3. ábra AXI teszter.

Előnyei:

• alkatrészek alatti kötések vizsgálhatók

• alkatrész belső szerkezeti hibák megállapíthatók

Hátrányai:

• alkatrész feliratot nem képes olvasni

• drágább, mint az AOI

11 / 67

1.14 Peremfigyelés ( Boundary scan )

A boundary scan (JTAG, peremfigyelés) a legötletesebb tesztelési technikák egyike,

melynek lényege, hogy az összetettebb integrált áramkörökbe beépítenek egy szabványos

elektronikai megoldást, amely a beültetés után lehetőséget nyújt az áramkör külső

környezetének vizsgálatára.

Tekintettel arra, hogy a VLSI áramkörök belső pontjainak nagy részéhez nem lehet

hozzáférni, ki kellett dolgozni egy olyan eljárást amellyel ilyen helyzetekben is

elvégezhetők a vizsgálatok. Az eljárást peremfigyelésnek nevezték el. Ennek segítségével

az eszköz müködése átmenetileg befagyasztható és belső logikai állapotok kinyerhetőek.

A JTAG által bevezetett hatályos szabvány (IEEE 1149.1) írja le a peremfigyeléses

eljárást. A kivizsgálás során a belső flip-flopokból egy hosszú léptető regisztert alakítunk

ki, ezen keresztül a belső állapotok kiolvashatók ill. új állapotokat léptethetünk be. Ennek

segítségével a belső sorrend hálózat működése lépésről-lépésre felügyelhető.

1.15 Flying probe tesztelés

Flying probe teszt rendszereket gyakran alkalmaznak alacsony, illetve közepes volumenű

termelés tesztelésére. Electromechanikusan vezérelt szondát használ, hogy hozzáférjen a

nyomtatott áramkörök alkatrészeihez.

4. ábra Flying Probe tesztelő

Előnyei:

• Alacsonyabb költségek a hagyományos tűágyas ICT-khez képest, mivel nincs

szükség felfogatásra.

• Gyors fejlesztési ciklus

• Megnövelt hibalefedettség

12 / 67

• Hozzáfér azokhoz az alkatrészekhez is, amikhez az ICT, a felfogatás miatt nem

képes

1.16 Funkcionális tesztelés

Az elektronikai panel/egység működésének ellenőrzése. Az in-circuit módszerrel

ellenőrzött alkatrészeket tartalmazó áramkör nem feltétlenül képes az előírt feladatát

(erősítés, szűrés, stabilizálás stb.) elvégezni. Passzív alkatrészek esetén ennek oka lehet a

paraméterek tűréstartományon belüli kedvezőtlen előfordulása. Az integrált áramkörökön

tápfeszültség nélkül (in-circuit módszerrel) semmilyen működést nem lehet ellenőrizni,

ezért a helyes működésükről csak rákapcsolt tápfeszültség mellett, funkcionális

teszteléssel lehet meggyőződni. Az elektronikai gyártósorokon készült (tömeggyártású)

termékek funkcionális tesztelésének gyors és megbízható elvégzése csak automatizálva,

számítógéppel vezérelt mérőautomatákkal lehetséges.

Előnyei:

• gyorsan elvégezhető

• optikai vizsgálatok sem szorítják ki

Hátránya:

• komoly specifikus elektronikai és programozási tudást igényel

13 / 67

1.2 Az NI TestStand rendszerének bemutatása

1.2.1 Alapok

Az NI TestStand egy rugalmas, erőteljes teszt fejlesztő / végrehajtó keretrendszer, amely

különböző nyelvekben megírt teszt lépések integrálását, kezelését teszi lehetővé. Legfőbb funkció

közé tartozik a párhuzamos szekvencia végrehajtás, kezelő interfészek, riport készítés, adatbázis

elérés. További funkciói:

• Komponensek, amelyek futásra kész, és teljesen funkcionáló teszt végrehajtóval

szolgálnak

• Számos lehetőséget biztosít a program, hogy a meglévő összetevőket módosítsuk

vagy újakat hozzunk létre. Ez a bővíthetőségi mechanizmus lehetővé teszi, hogy

az igényeinknek megfelelő teszt végrehajtót alakítsunk ki anélkül, hogy magának

a TestStand végrehajtó magját megváltoztatnánk.

• Kifinomult szekventálás, végrehajtás, hibakeresési lehetőségek és egy erőteljes

szekvencia szerkesztés, ami elkülönül a valós idejű beavatkozó interfésztől.

• Három elkülönülő valós idejű interfész kezelő LabVIEW, LabWindows/CVI és

Visual Basic forráskódokkal kompatibilis.

• A szekvencia fájlok konvertálhatósága LabVIEW teszt végrehajtó eszköztárból

illetve LabWindows teszt végrehajtó eszköztárból a TestStand környezetbe.

• Átfogó ActiveX API többszálú teszt végrehajtó, valamint más szekventáló

applikációk létrehozására.

Azért érdemes használni a TestStand szoftverét, mivel jelentős mértékben lecsökkenti a

fejlesztési időt automatizált tesztrendszerek építésénél. Csökkenti a karbantartási

költségeket, ami az egyik legnagyobb rejtett költség egy tesztrendszerben.

5. ábra A TestStand architectúrája.

14 / 67

1.2.2 TestStand motorja (TestStand engine )

Központi szerepet tölt be a TestStand architektúrájában. DLL fájlok csoportjából, mely

egy kiterjesztett ActiveX Automatizáló Applikáció Programozó Interfészt (API ) exportál

szekvenciák létrehozására, szerkesztésére, futtatására valamint hibakeresésére.

Tesztvégrehajtó feladatokat is kezel, mint szekventálás, hurok kezelés, limit ellenőrzés,

adatelosztás és felhasználó kezelés. A motort sebességre optimalizálták, valamint

maximum rugalmasságra és hosszútávú kompatibilitásra tervezték.

1.2.3 Szekvencia szerkesztő (Sequence editor)

Szekvenciák létrehozására és kezelésére, valamint a teljes rendszer tesztelésére

használatos. A szekvencia szerkesztő leegyszerűsíti a kifinomult tesztrendszerek

létrehozását, szerkesztését, kezelését, futtatását és hibakezelését. Továbbá használhatjuk

tesztriportok konfigurálására és megtekintésére, valamint adatok tárolására egy

adatbázisban vagy felhasználói jogok kezelésére bizonyos tesztekhez. A szekvencia

szerkesztő hibakezelési eszköztárja azonos elemeket tartalmaz, mint más NI szoftverek

pl. LabVIEW, LabCVI vagy mint a Microsoft Visual Studio .NET. Különböző

szekvenciák egyidejű futtatását is lehetővé teszi.

1.2.4 Kezelőfelület(ek) (Operator Interface(s))

Mint minden tesztrendszerben itt is nagyon fontos szempont, hogy hogyan is épüljön fel

a szoftver kezelői felülete. A TestStand kezelői felületei különböző alkalmazás fejlesztő

környezetben hozták létre és fejlesztették, mint pl. LabVIEW, C++, Visual Basic. Ahogy

a szekvencia szerkesztő, úgy ez a komponens is lehetővé több egyidejű

feladatvégrehajtást, töréspontok elhelyezését. A kezelőfelületet arra tervezték, hogy a

telepített tesztrendszerrel használjuk, továbbá, hogy védjék a teszt szekvenciák

integritását.

1.2.5 Modul adapterek (Module adapters )

A lépések többsége egy TestStand szekvencia hivatkozási kódnál egy másik

szekvenciában vagy kód modulban található. Amikor egy hivatkozási kód van a kód

modulban, a TestStand-nek tudnia kell a kód modul típusát, hogyan hívja meg és hogy

15 / 67

miként adja át neki a paramétereket. A különböző típusú kód modulok lehetnek

LabVIEW VI-ok, egy C funkciók vagy LabWindows-ból származó könyvtár modulok,

HTBasic szubrutinok stb. A TestStand-nek továbbá ismernie kell a kód modul paraméter

listáját és ahhoz, hogy ezt a „tudást” megszerezze, modul adaptereket használ. A modul

adapterek úgy viselkednek, mint egy interfész a TestStand és külső tesztfejlesztő

környezetek között, biztosítva a szükséges információkat a két környezet közötti

kommunikációjához. A modul adapterek lehetővé teszik a TestStand számára, hogy kód

modulokat futtasson, adatokat küldjön és fogadjon, kód modul mintákat generáljon,

valamint hibakezelést is más programozási nyelvben írt kódokban. Amikor létrehozunk

egy TestStand szekvenciát, különböző adaptereket tudunk használni ugyanazon

szekvencián belül.

6. ábra A TestStand szerkesztő felülete

Szekvenciaszerkesztő ablak:

Ebben a részben lehet összeállítani a tesztünk lépéseinek végrehajtási sorrendjét és

vezérlési szerkezetét.

Szekvencia és alszekvencia‐ választó ablak:

Itt tudunk a teszt egyes szekvenciái, alszekvenciái között váltani.

Eszközök paletta:

Az itt található komponensekből lehet összeállítani az első szekvencia szerkesztő

ablakban, tesztet. A tesztünket egyszerűen a kívánt komponens megfelelő helyre történő

behúzásával tudjuk bővíteni.

Modul

adapterek

Szekvencia

szerkesztő

Eszköz

paletta

Tervezési

minták

Változók

Step

beállítások

Szekvencia‐ és alszekvencia

‐ választó ablak

16 / 67

Változók:

A teszt végrehajtása során felhasznált változókat, paramétereket, és a létrejövő tesztered

ményeket összefoglaló ablak.

Step beállítások:

A kiválasztott tesztlépés beállításai. Ebben a részben lehet a tesztet végrehajtó modult

specifilálni, annak működési módját pontosan meghatározni.

Tervezési minták:

Ide lehet elhelyezni tipikus, sokszor használt megoldásokat. Teszt szekvencia futtatása a

szekvencia szerkesztőből és a TestStand által generált riport megnyitása.

1. A szekvencia szerkesztő a TestStand fejlesztő környezet, amit szekvenciák

létrehozására, szerkesztésére, futtatására használunk. Fontos, hogy rendelkezzünk

megfelelő ismeretekkel ezen környezetben, mivel ezzel az összes szekvenciafájlt

fejlesztjük.

2. Ahhoz, hogy megnyissuk a szekvencia szerkesztőt, az NI mappán belül

kiválasztjuk a szerkesztő ikonját.

3. Az elindulása után felugrik egy párbeszédablak, ami a felhasználónevet és a

jelszót kéri. A felhasználó nevet meghagyjuk adminisztrátorként, a jelszó mezőt

nem töltjük ki, csak leokézzuk.

4. Ezek után megkeressük a „select file” fület » megnyitás és megkeressük a

következő mappát C:\Exercises\TestStand I directory

5. Kattintsunk kétszer a Ex1-1Computer Test.seq fájlra, hogy megnyissuk a

szekvenciát.

7. ábra Teszt szekvenciák

17 / 67

6. Ahhoz, hogy futtassuk a szekvenciát, válasszuk az Execute»Test UUTs vagy csak

klikkeljunk a Run gombra.

7. Az UUT Information párbeszédablak a szekvencia futtatása előtt felugrik s itt

adhatunk meg szériaszámokat.

8. ábra Szériaszám beviteli mező

8. A Test Simulator párbeszédablak felugrása után megadhatjuk, milyen teszteket

akarunk végrehajtani a tesztelés során. Miután kiválasztottuk, rákattintunk az OK

gombra a szekvencia futtatásához.

9. ábra Áramkör szimulátor

9. A szekvencia végrehajtása után, az UUT Result párbeszédabak nyílik meg,

jelezvén a szekvencia állapotát.

10. Az UUT Information ablak újfent megnyílik. Ahhoz, hogy megállítsuk a futást és

18 / 67

készítsünk egy tesztriportot, kattintsunk a Stop gombra.

11. Miután a futás befejeződik, az Execution ablak megmutatja a generált teszt

riportot. Itt tekinthetjük meg mely teszt végződött hibával.

12. Ezek után bezárjuk mind az Execution mind a Sequence File ablakokat és végül

bezárhatjuk a szekvencia szerkesztőt is.

A szekvencia TestStand lépések sorozata és a vezérlő logika, ami meghatározza a lépések

végrehajtásának sorrendjét. Az egyes lépések külön műveletet hajtanak végre, ami

hozzájárul a teljes UUT teszthez. Alap esetben a TestStand a legfontosabb lépésekkel

rendelkező sekvenciákat hajtra végre fentről lefelé sorrendben. Ez a sorrend változtatható.

10. ábra TestStand szekvenciák.

Mindegyik szekvencia három funkció szerint elkülönülő lépéscsoportot Step Groups

tartalmaz. Ezek a Setup, Main és Cleanup, amelyek nevüknek megfelelően a teszt

környezet előkészítésének, a tesztek végrehajtásának és a teszt környezet lezárásának

lépéseit foglalják egységbe.

A TestStand sok fajta hibakezelési eszközt tartalmaz, ami segít ellenőrizni a TestStand

alkalmazások végrehajtását. A futtatás követési opció lehetővé teszi a szekvencia futtatás

folyamatának figyelését az „Execution” ablakban.

19 / 67

1.3. Analóg jelek tesztelési lehetőségei

Az analóg jel két érték között bármilyen tetszőleges értéket felvehet, vagyis az ilyen jel a

két érték között folytonos. Pl.: tömeg, idő, áramerősség ilyen fizikai jel.

Az analóg jel egy folyamatosan változó jel, idő és amplitúdó szerint egyaránt. Leginkább

abban különbözik a digitális jeltől, hogy az apró ingadozásoknak, hullámzásoknak is van

jelentésük. Az analóg jel a közvetítő eszköz valamilyen tulajdonságát használja ki a jel

információtartalmának továbbításához. Időben folyamatos, amely lehet periodikus

(ciklikusan ismétlődő) jel vagy sztochasztikus (véletlenszerű) jel.

11. ábra Analóg jel

Legfontosabb jellemzői az időbeli lefolyás és az. A jeleket leggyakrabban diagramban

ábrázoljuk. A vízszintes tengelyen az időt, a függőleges tengelyen az amplitúdót jelöljük.

Néhány példa:

A hálózati feszültség szinuszosan változik – másodpercenként 50 szinusz-hullámot ír le

– amplitúdója 230 V effektív értékben.

A hang, amit hallunk időben folyamatosan változó nyomáshullám, elektromos formában

– pl. erősítőben – a feszültség időfüggvényeként jelenik meg.

Az audió kazettán rögzített hangfelvétel a mágnesezettség folyamatos változásaként

tárolódik el.

• Előnyei: mára már széles körben elterjedt adathordozókat használhatunk

egyszerűen a tárolására.

• Hátrányai: a tárolás során minőségromlás következik be a jelben, hosszabb távon

nem megoldott a valósághű jelvisszaadás. A hagyományos tárolóeszközök

sérülékenyek (főleg a mágneses adattárolásé).

Analóg áramkörök esetén a bemeneti jel szabadon változhat 0 és teljes tápfeszültség

között. Az analóg áramkörök gyakran említik lineáris áramkörökként, hogy

hangsúlyozzák a jel tartomány érvényes folytonosságát, de ez az elnevezés kicsit

20 / 67

félrevezető. Csak mivel egy feszültség vagy áram jel változhat finoman a szélsőséges 0

és a teljes tápfeszültség szint között, ez még nem jelenti azt, hogy az összes matematikai

kapcsolat ezen jelek között teljesen lineáris.

Néhány analóg áramköri példa:

• Műveleti erősítő

• Analóg szűrők

• Integráló áramkörök

• A/D konverterek

• stb.

Műveleti erősítő működési helyességének vizsgálata

Az erősítő fő tulajdonságai:

- „Végtelen” bemeneti valamint nagyon kis kimeneti ellenállással rendelkezik

- Szimmetrikus bemenet és általában aszimmetrikus kimenet

- Linearitás

- Alacsony határfrekvencia

- Közös módusú feszültségerősítés

Műveleti erősítő transzfer funkciójának tesztelése:

Az alkalmazhatóságuk messze többet jelent egyszerű erősítésnél, többek között közel

„tökéletes” dc erősítőként is funkcionálnak, alkalmasak jelszűrésre, jelkondicionálásra

valamint matematikai műveletekre, mint összeadás, kivonás, differenciálás és integrálás.

Ha differenciáló módban használjuk a műveleti erősítőt s a bemenetére szinusz jelet

kapcsolunk, akkor a kimenetén koszinusz jel kell, hogy megjelenjen.

21 / 67

A háromszög jelet előállító függvénygenerátor kimeneti jele, valamint a rákötött, fentebb

látható tesztelt áramkör kimenete, meghajtják a teszteléshez szintén használt

oszcilloszkóp függőleges, illetve vízszintes bemeneteit.

13. ábra Oszcilloszkópos mérés.

Az áramkört egy +/- 2.5mV-os háromszögjellel van megtáplálva az R11, R12

csillapítóellenállásokon keresztül, valamint a R1, R3 ellenállásokon a feszültségkövetőn

keresztül. Az eszköz kimeneti jele pedig a már említett módon egy oszcilloszkóp

függőleges bemenetére van kapcsolva.

A teszt során a feszültségkövetőnek két funkciója is van, egyrészt, amikor az S7 kapcsoló

12. ábra Tesztáramkörműveleti erősítő transzfer funkciójának tesztelésére.

22 / 67

zárva van a bemeneti munkaponti áram során, a feszültség a C1 kapacitáson keresztül jön

létre. Másrészt, amikor S7 nyitva van a transzfer funkció teszt során, a Ca kapacitásban

tárolt energia továbbra is biztosítja a ofszet korrekciós feszültséget. Továbbá a a

feszültségkövető erősítő összegzi a háromszög tesztjelet ezzel a korrekciós feszültséggel

és a tesztelendő erősítő bemenetére kapcsolja az R1 és R3 csillapítókon keresztül. A

13.ábrán az áramkör kimeneti feszültségét lehet látni a transzfer funkció teszt során. Az

szemlélteti a feszültségkövető erősítő szerepét az áramkör dc bemenet beállításában s a

transzfer funkcióját az oszcilloszkóp középső tartományában lehet megvizsgálni. Az

oszcilloszkóp ezen képernyője hasznos a keresztirányú torzítás detektálásában. A kimenet

ingadozásának mérése, a transzfer funkció függőleges eltéréséből adódik a képernyő

vízszintes szélsőpontjainál.

23 / 67

1.4. Digitális jelek tesztelési lehetőségei

A digitális jelek jellemzői:

• Időben nem folyamatos „lefolyású”, hanem kvantált azaz előre meghatározott

értékekből álló nagyságú. Ezen a kvantált egységekből tevődik össze a digitális

jel.

• A digitális jelet az esetek többségében számjegyekkel írjuk le, amire legtöbb

esetben a kettes számrendszert alkalmazzuk. Az adatok tárolása szempontjából ez

a legpraktikusabb, hiszen csak 0 vagy 1 értékű lehet. Általában a kvantálás 8, 16,

24 bites lehet. Minél nagyobb a bitszámmal dolgozunk, annál finomabb lesz a jel

felbontása. (Pl. 16 bites esetben a jel 216=65536 különböző értéket vehet fel.)

Néhány példa, Audió CD lemez, DVD lemez, Digitális fénykép stb.

• Előnyei: az informatikai eszközök rohamos fejlődésével tárolási módjuk

egyszerűen és olcsón megoldható. A digitális jelek minősége nem romlik a tárolás

során, az adatvesztés lehetősége csak a felhasználói hanyagság következtében

lehetséges elsősorban. Könnyen reprodukálható minőségvesztés nélkül. Az

utólagos feldolgozásuk könnyen megoldhatók különböző szoftverek segítségével.

Hibajavító kód rendelhető hozzá, pl. az audio CD-lemezek esetében az apróbb

karcosodás okozta hibákat ezzel küszöbölik ki. Ugyanez a karcosodás a „régi

bakelit” lemez esetében sercegő, kattogó hangot eredményez.

• Hátrányai: bizonyos szintű alkalmazói készséget feltételez. Jeltípusától függően

körülményes lehet az analóggá alakítás.

14. ábra Digitális jel

A digitális áramkörök megfelelő működéséről, sebességéről meg kell tudni bizonyosodni.

Az egyik alapvető módszer, hogy az áramkör bemeneteire megfelelő logikai jelszinteket

adjunk, eközben pedig figyeljük a kimeneti jelek viselkedését. Arra, hogy melyik

áramkör-komponens hibája idézi elő az eltérést, az előírt kimeneti jeltől való eltérés

esetén logikai úton tudunk következtetni. Például a funkcionális tesztelés módszere

könnyen értelmezhető, de ez egy alkatrészekkel szerelt teli panel esetén már nem

valószínű, hogy el lehet végezni. A bemenetek és belső tároló elemek számától függő be-

és kimenet kapcsolatot kell megvizsgálni. Értelemszerűen a sok bemenetet és belső tároló

24 / 67

elemet magában foglaló panel esetén a vizsgálat túl sokáig tartana, ami nem engedhető

meg. Emiatt részleges vizsgálatot szoktak inkább alkalmazni az ilyen bonyolultabb

áramköröknél. Ekkor viszont nem tárhatunk fel minden hibát. A vizsgálat hatékonyabbá

tehető, ha nem csupán a kimenő pontokon végzünk méréseket, hanem az egyes belső

pontokon is kialakítunk mérési helyeket. Mivel a belső pontok nincsenek kivezetve a

panel csatlakozójára, így ún. tűágyat kell alkalmazni és megfelelő erővel rászorítva a

panelra, kellő mennyiségű jel mérhető és vizsgálható. Ez a módszer azonban túl nagy

beruházási költségekkel jár, mivel minden egyes paneltípushoz külön tűágy szükséges.

Digitális áramköröknél az in-circuit mérési elv azon alapszik, hogy az IC-k kimenetei

nem károsodnak meg, ha rövid ideig túlterheljük őket. Ekképpen gyors és nagyáramú

impulzusokkal gerjesztik a vizsgálandó áramkör bemeneteit. Ennek hatására a kimeneten

megjelenő rövid impulzusok érzékelésének kapcsán megállapítható, hogy az IC helyesen

vagy hibásan működik.

E módszer hátulütője, hogy az alkatrészek öregedése felgyorsul, emiatt nagy

megbízhatóságú igények esetén az in-circuit digitális áramkörvizsgálat nem végezhető el.

Digitális áramkörök vizsgálatában egy merőben új tesztelési módszert, az ún.

peremfigyeléses vizsgálati módszert fejlesztették ki, amely ugyanazt a technikát és

algoritmusokat használ az áramkör alkatrészeinél és azok különböző állapotában.

A rendszer lényege az, hogy a bonyolultabb IC-ket kiegészítették olyan elemekkel,

amelyek a normál felhasználás során nem befolyásolják az eszköz működését, csak

tesztelés során aktiválódnak. Az IC-k „magja” és a kivezetések közé egy ún. peremfigyelő

cellát helyeztek el. Kivezetésenként legalább egy, de alkalmanként háromra szükség

lehet.

A cellák használhatóságához még szükségeltetik egy kisebb elektronika, amely a

cellákban lévő információt a külvilág felé továbbítja.

25 / 67

15. ábra Boundary scan áramkörös IC

A peremfigyeléssel több-, egy nyomtatott lapra szerelt, VLSI áramkör kivizsgálását

elvégezhetjük, ehhez láncba kell őket kötni.

16. ábra VLSI áramkör kivizsgálása

Memóriák is vizsgálhatók boundary scan módszerrel, melyeknek nincs ehhez

szükséges kommunikációs egységük. Ekkor a peremfigyeléses áramkör elvégez egy

beírást és egy kiolvasást, aztán az eredményt továbbítja a felügyelő szoftver felé.

A peremfigyelés ezen célból készült szoftverrel végezzük el. A program kiküld

bizonyos teszt vektorokat és visszaolvassa az áramkör által küldött válaszokat.

A boundary scan kompatibilis chip-ek képesek a tulajdonképpeni funkcionalitásukat

megvalósító belső magjukat leválasztani a kivezetésekről, amelyek így tesztelési célokra

szabaddá válnak. A tesztelő számítógép egy négy- vagy ötvezetékes tesztbuszon keresztül

kapcsolatba tud lépni a chip-pel, utasítást adhat a kimenetek meghajtására, ill.

lekérdezheti a bemenetek állapotát. Megfelelően megválasztott tesztvektorok

26 / 67

segítségével ily módon átfogó képet kaphatunk a vizsgált termékről, az esetleges

forrasztási hibákról, zárlatokról, szakadásokról, sőt egyes funkciók működéséről is. Az

eljárás nagy előnye, hogy nincs szükség egyedileg kialakított mechanikus, tűágyas

csatlakozásra, amely költséges, és nem utolsó sorban finom osztású áramkörök esetén

műszakilag is nehezen kivitelezhető. A tesztelés mellett a boundary scan technika

használható a panelen lévő áramköri elemek, pl. flash-ek, FPGA-k, CPLD-k

programozására is.

27 / 67

2. Automatizált teszteléshez eszköz fejlesztése, NI TestStand

platformon

2.1. Tervezzen meg egy analóg és digitális jeleket használó elektronikai

áramkört!

Magát a kapcsolási rajzot és a NYÁK tervet az EAGLE 7.6 verziójú szoftverével

készítettem el. Egy 10 x 16 cm méretű NYÁK-ra sikerült elhelyezni az összes szükséges

alkatrészt.

17. ábra Az áramkör terve EAGLE szoftverben.

A sok vezetősáv miatt már nem lehetett egy oldalon behúzni az összes csatlakozást, így

a kék (alsó vagy bottom oldali) valamint a piros ( felső vagy top oldali ) vezetősávok

találkozásoknál egy fémezett furaton keresztül, vezetékek segítségével oldottam meg az

összeköttetéseket.

28 / 67

18. ábra Az áramkör NYÁK terve.

29 / 67

2.1.1 Analóg jel vizsgálata

Az analóg áramkör részen a tápforrás által szolgáltatott feszültséget lehet változtatni a

bemenettel párhuzamosan kötött potenciométer segítségével. Egy váltókapcsoló

segítségével tudjuk „aktiválni” a feszültség változtathatóságát az áramkör kimenetén.

19. ábra Az analóg részáramkör.

Ha bontjuk az áramkörét egy piros LED fogja jelezni, hogy jelenleg nincs a kimeneten

feszültség. A kimenet feszültségét jumper segítségével juttatom el a PXI eszköz analóg

bemeneti csatornájára.

A LED elé egy 330 ohmos ellenállást helyeztem el a fényerő beállításához.

A panel áramforrásaként a PXI eszköz 4041 kártyáját fogom felhasználni.

20. ábra PXI-4011, programozható tápegység.

Ez egy programozható tápegység. Használható 0-6V és 0- +/- 20V-os tartományban. Én

a 0 - +20V-os feszültségtartományban használom. A tápegység kimeneti feszültségét

LabVIEW program segítségével állítom be, amit egy későbbi fejezetben ismertetek.

30 / 67

A tápfeszültség és földpont kialakítását egy sorkapocs párral oldottam meg az áramkörön.

Az áramforrás mellé egy olvadóbiztosítékot is elhelyezek, túláramvédelem céljából.

2.1.2 Digitális jel vizsgálata

A digitális áramkör részeként egy BCD kódokból való átalakítás során kapott értékeket

jelzek ki 7 szegmenses kijelzőn. Négy nyomógombbal (A, B, C, D) tudjuk változtatni a

kijelzett értéket, ezt az értékeket pedig a mintavételezés után a LabVIEW programon

belül szintén ledeken jeleztetek ki. A bevihető kombinációk a mellékletben található

1.táblázatban olvasható módon történhetnek.

21. ábra A digitális áramkör rész.

Mivel az áramkör „digitális” része fix 5V-ot követel meg, így a bemeneti feszültséget

rákötöttem egy feszültség stabilizátorra, és ezen alkatrész kimenetére kötöttem az összes

kapcsolódó további alkatrészt. Szintén ezen feszültség stabilizátoron keresztül kell

„testelni” a további alkatrészeket.

A „beragadó” nyomógombok után itt is jumperek segítségével viszem át az állapotjelző

értéket a PXI eszköz bemenetére.

Ahhoz, hogy realizálni tudjuk a számokat, a megfelelő kombinációkat kell bevinni a

kapcsolókon keresztül. A kapcsolók nyitott állása jelenti a „0” állapotot, míg a kapcsoló

bekapcsolt állapotában az „1” -es értéket képviseli. A kapcsoló zárt állapotában a LED-

31 / 67

ek is jelzést adnak róla, hogy éppen aktív e az általunk működtetni kívánt bemenet.

Értelemszerűen, ha nem világít a LED az adott bemenetet nem aktivizáltuk vagy esetleg

a kapcsoló nem működik megfelelően, ha zárt állapotban van s mégsem világít.

22. ábra Hétszegmenses kijelző szegmensjelzései.

A hétszegmenses kijelző meghajtásához egy 7447 típusú dekódolót használok fel.

A dekóder-meghajtó BCD 8 4 2 1 súlyozású kódból állítja elő a 7 szegmensű kijelző

vezérlésére alkalmas jeleket az a, b, c, d, e, f, g jelű kimenetein. Kimeneti aktív szint a 1.

Ezeken kívül különböző vezérlő bemenetei vannak az áramkörnek, amelyek szerepe a

katalógusból olvasható ki. A dekóder és kijelző csatlakozását az ábra mutatja. Amikor a

kimenetek közül valamelyik 1 szintű, akkor világít az azonos jelű szegmens.

A dekóder áramkör és a kijelző lábai közé szintén ellenállásokat helyeztem el a kijelző

szegmenseinek megfelelő fényerejéért.

A digitális jeleket az, NI PXI-6602 DIO kártyán keresztül olvasom be a LabVIEW

programrésszel.

32 / 67

23. ábra PXI-4071, DIO mérőkárátya.

Az eszköz 32 DIO porttal rendelkezik. (PFI <0..31>). Az egyes vonalakat külön is lehet

konfigurálni digitális be- vagy kimenetként. Alkalmas eseményszámlálásra,

impulzusszélesség mérésre, impulzusgenerálásra vagy akár frekvencia mérésre.

Én 11 portot használok fel a 4 nyomógomb, illetve a 7 szegmenst meghajtó jeleinek a

beolvasására, s ezek összehasonlításából lehet megállapítani, hogy az encoder

megfelelően alakítja e át a bevitt kombinációt decimális számmá.

33 / 67

2.2. Építse meg az áramkört!

A NYÁK tervnek megfelelően az Egyetem hozzájárulásával kimarásra került az áramköri

lap.

Az áramkörhöz szükséges alkatrészek:

• 1 db 7 szegmenses kijelző (közös anódos)

• 11 darab 330ohmos ellenállás

• 1 db 7447-es dekóderre

• 4 db kapcsolóra

• 1 db váltókapcsoló

• 1 db 1kΩ-os potméter

• 5 db ledre

• 1 db áramforrás (ezt a PXI eszköz 4110-es kártyája biztosítja)

• 1 db olvadóbiztosíték

• 1 db feszültségstabilizátor

• 5 db jumper

• 1 sorkapocs a feszültség, illetve a föld csatlakoztatására

Az áramkörhöz szükséges passzív és aktív alkatrészek beszerzése után kezdődhetett a

panel összerakása.

A digitális jel tesztelésére szolgáló áramkör részen, a már felsorolt alkatrészek

segítségével egy 7 szegmenses kijelző bemeneteinek jelét, illetve a kódoló IC-t vezérlő

kapcsolók jeleit juttatom a PXI eszköz digitális bemeneteire.

A kijelzőt tekintve egy BROADCOM LIMITED HDSM-281B közös anódú kijelzőre

esett.

24. ábra A választott hétszegmenses kijelző.

A kijelző értelemszerűen 7 bemenettel rendelkezik: a,b,c,d,e,f,g. Ezeket az alább említett

encoderrel hajtom meg ellenállásokon keresztül.

34 / 67

A „com” portot pedig alacsony szintre kell kötnöm. A kijelző meghajtására egy SN 7447

dekóder IC-t építek az áramkörbe. A dekóder lábkiosztása megtalálható a kapcsolási

rajzon. A BI/RBO, RBI és LT lábakat magas szintre (tápfeszültségre) szokás kötni. Az

A, B, C, D portokra a bináris számoknak megfelelő érték kirakása a mi feladatunk a

megfelelő nyomógombok aktiválásával. Minden egyes kapcsolóval sorba kötök egy

ledet, ami mutatni fogja, ha az adott port aktív. A 330ohmos ellenállások a kijelző egyes

szegmenseinek áramát (fényét szabályozzák).

25. ábra A kiválasztott encoder IC.

A NYÁK kimarása, illetve a furatok elkészülte után az egyes alkatrészeket

beforrasztottam a megfelelő pozíciókba, figyelve az egyes alkatrészek által megkövetelt

megfelelő polaritást, pl. ledek, feszültség stabilizátor stb. Mivel csak egyoldalas

kivitelben volt lehetőség elkészíteni a nyomtatott „lapkát”, viszont a már fentebb is

említett sok vezetősávot nem lehetett elhelyezni csupán egy oldalon, így több ponton is

plusz vezetékek beforrasztásával tudtam megoldani a szükséges kapcsolódási pontok

létrehozását.

A szintén fentebb már említett módon jumperekkel oldottam meg az egyes mérési pontok

létrehozását az áramkörön, melyek a nyomógombok által bevitt kombinációk, illetve a

feszültséget szabályozó potenciométer jeleit szolgálnak továbbítani a PXI eszköz felé.

Miután minden egyes alkatrész beforrasztásra került, jöhetett az áramkör elsőkörös

„tesztelése” egy digitális multiméterrel, annak is a szakadásvizsgáló funkciójával. Pár

nem tökéletesen beforrasztott alkatrész láb okozta hibát kiküszöbölve jöhetett a nyers

kipróbálása az áramkörnek, hogy a nyomógombok által bevitt kombinációnak megfelelő

érték jelenik e meg a kijelzőn. Mivel minden alkatrész a megfelelő pozícióban volt, a

sémarajznak megfelelően, viszont mégsem az elvárt működést produkálta az eszköz, az

egyes alkatrészek vizsgálatával folytattam az áramkör tesztelését.

Kiderült, hogy mind a feszültségstabilizátor, mind a hétszegmenses kijelző, nem

funkcionál rendesen, így ezek helyére új alkatrészt kellett beforrasztani.

35 / 67

2.3. Specifikálja a tesztelési követelményeket!

2.3.1 Analóg áramkör

Első lépésben csatlakoztatni kell az áramkört az PXI 4110 áramforráshoz

26. ábra A programozható tápegység érintkezői.

Az egyik vezetéket a +20V-os portra, a másikat pedig a földpontra, és ennek megfelelően

ezeket az áramkörön is a hozzátartozó sorkapocs pontokra.

Következő lépésben a potenciométer mögött található jumpereket kell összekötni a PXI-

4071-es DMM kártyával. Értelemszerűen a feszültségmérő pontot a

feszültségbemenettel, az árammérőpontot pedig a kártyabemenetére. Illetve szükséges

még a földpont bekötése.

36 / 67

27. ábra PXI-4071, DMM mérőkártya

A 0 - és +/- 20V közötti tartományban változtatható áramforrás feszültségét beállítjuk

egy fix értékre, az erre a célra használatos programrésszel.

A LabVIEW program „Front Panel” ablakában nyomon tudjuk követni a mért áram,

illetve feszültség értékeket, valamint az ebből számolt ellenállás értékét. Külső

mérőeszközzel ellenőrizni tudjuk, hogy a mért ellenállásérték illetve a potenciométeren

beállított érték ugyanaz e.

37 / 67

2.3.2 Digitális áramkör

A digitális áramkör részen 4 nyomógomb segítségével tudjuk változtatni a dekóder

bemeneteit s ezáltal egy 0 – 9 közötti szám értéket jeleztethetünk ki bináris

számrendszerben, valamint speciális karaktereket is ki lehet íratni.

Első lépésben az analóg mérés során ismertetett módon csatlakoztatni kell az áramkört a

programozható tápegység kártyához.

A kapcsolók mellett (D, C, B, A) található jumperek jelvezetékeit illetve az encoder

kimenetén lévő mérőpontokat a PXI 6602 kártyáról „kivezetett” portokat a kártyán lévő

digitális bemenetekre kell kötni, illetve egy föld pontot is csatlakoztatni kell (A melléklet

X. ábrán látható).

28. ábra Az áramkör bekötése a DIO kártyára.

A megfelelően elvégzett csatlakoztatások után az elindított mérés kapcsán megtörténik a

tápegység inicializálása, áram alá kerül az áramkör.

A „D”,”C”,” B”,” A” bemeneteknek megfelelő nyomógombokkal lehet változtatni a

kijelzett értékeket. A benyomott gomb jelenti, a 0, míg a „felengedett”, kikapcsolt állapot

az 1-es értéket képviseli.

A programban kijelzésre kerülnek egyrészt a nyomógombok állapotai LED-ek

segítségével, illetve a konkrét számérték is kijelzésre kerül, amit a nyomógombok

állapotai reprezentálnak.

Ha a beolvasott nyomógomb állapotok, és a szintén beolvasott kijelző szegmensek

egymással összhangban vannak akkor sikeres a „teszt” az encoder megfelelően működik.

Ha a nyomógomb kijelzett állapota vagy a konkrét számérték nem egyezik meg az

áramkörön tapasztalt állapottól a program hibajelzést küld.

38 / 67

2.4. Tervezze meg a tesztrendszert!

A feladatkiírásnak megfelelően a tesztrendszert az NI TestStand automatizálási

szoftverével fogom létrehozni, valamint NI LabVIEWval valósítom meg a konkrét

méréseket.

A tesztrendszer egy PXI 1044 hardveren keresztül fogja végezni a méréseket.

2.4.1 PXI rendszer

A PXI 1044 eszköz magában foglal egy nagyteljesítményű 14 slotos hátlapot, nagy

kimeneti teljesítményű tápegységet és egy olyan strukturális kialakítást, ami elősegíti a

maximális kihasználhatóságát széleskörű alkalmazási területeken.

A keret moduláris tervezése biztosítja a magas színvonalú karbantarthatóságát, igen rövid

idejű javítási munkákkal.

29. ábra A PXI-1044 eszköz.

39 / 67

Az eszköz legfőbb funkciói:

• PXI és CompactPCI modul kompatibilitás

• 3U méretű, 14 „férőhelyes” keret

• Univerzális AC bemenet: automatikus feszültség és frekvencia szabályozás

• Túláramvédelem, nyomógombos megszakítóval

• Eltávolítható, moduláris tápegység

• Távolról monitorozható feszültség

• Főkapcsoló az elülső lapon, az egyszerű hozzáférés miatt

• Hőmérséklet érzékelős modul, ami szabályozni képes a ventilátor sebességét, a

létrejövő zajok csökkentése érdekében

• Elülső lapon tápegység hiba kijelző LED

• Programozható PXI trigger irány a PXI busz szegmensek között

30. ábra A PXI eszköz kialakítása.

Az eszköz felépítése:

1. Hátlapi csatlakozók 1-14 slotig

2. Eltávolítható lábak

3. Fedő panel

4. Általános periférikus slot-ok

5. PXI busz szegmens határolók

6. Periférikus slot

7. Rendszervezérlő slot

8. Vezérlő bővítő slot

9. Működésjelző LED

10. Bekapcsoló gomb

40 / 67

2.4.2 Mérésadatgyűjtő program kidolgozása

Ahhoz , hogy mérési adatokat tudjak nyerni az áramkörön keresztül, első körben meg kell

táplálni a PXI 4110 programozható tápegység kártyával. Ehhez LabVIEWban egy külön

programrészt kell szentelni.

31. ábra A programozható tápegység konfigurálása LabVIEWban.

Először is létre kell hozni egy új „munkamenetet az eszköz számára.

32. ábra DC tápbeállítás VI.

A következő VI-nál beállítom a tápegység kimenetét „singles point” -ra mivel csupán egy

adott feszültségre lesz majd szükség.

33. ábra DC táp módbeállítás VI.

41 / 67

Az alábbi VI-nál a kimenetet DC feszültségként definiálom, DC áram helyett.

Ezután megadjuk milyen feszültségszintet kell a kimenetén létrehozni a tápegységnek.

35. ábra DC táp feszültségszint beállítás VI.

Meg kell adni továbbá a maximum kiadható áram nagyságát.

36. ábra DC táp áramszint beállítás VI.

Van módunk a kimeneti csatornán azt is beállítani, hogy milyen feszültségtartományban

lehessen változtatni a feszültséget, persze ehhez a megfelelő csatornát kell alkalmaznunk,

az én esetemben pl. 0-20V csatornát.

37. ábra DC táp feszültség tartomány beállítás VI.

34. ábra DC táp kimenet beállítás VI.

42 / 67

A feszültségtartomány mellett a áramkorlát tartományt is tudjuk definiálni, az

áramkörömmel kapcsolatban pár mA-es áramokról beszélhetünk.

38. ábra DC táp áramkorlát beállítás VI.

Ahhoz, hogy a tényleges feszültségkiadás megtörténjen a tápegység kiválasztott

csatornáján a következő VI-t kell elhelyezni a programban.

39. ábra DC táp működés indítás VI.

Az alábbi VI azért felelős, hogy várakoztat, amíg az eszköz biztosítani tudja a beállított

értéket.

40. ábra DC táp várakozás VI.

Miután nincs tovább szükségünk a kimeneten lévő feszültségre a következő VI „törli” a

kimenetet s alaphelyzetbe állítja azt.

41. ábra DC táp munkamenet törlés VI.

43 / 67

Végső lépésben pedig lezárásra kerül a program elején definiált munkamenet.

42. ábra DC táp munkabement lezárás VI.

A „Front panel” ablakban látható vezérlőkkel tudjuk változtatni a bevitt paramétereket.

43. ábra DC táp kezelőfelület LabVIEWban.

Miután az áramkör megtáplálása már adott, az analóg, illetve a digitális mintavételezés

kidolgozásával folytattam, a tesztrendszer összetételét.

Az analóg mintavételezés során a feszültség értékét és jelalakját (mennyire stabilan tudja

a tápegység a fix egyen szintet szolgáltatni) fogom figyelni a programon keresztül. Mind

az analóg mind a digitális mintavételezést a DAQmx mérés adatgyűjtő „task”-jaival

terveztem kivitelezni, de mivel az AI mérőkártyát nem sikerült működésre bírni, így az

analóg méréshez a DMM mérőkártyát kellett felhasználnom, amihez külön egyedi VI-ok

44 / 67

szükségesek.

A digitális mintavételezéshez a következő DAQmx „task”-okat használtam fel.

Először is definiálom a mérési a csatornákat. Itt a legfontosabb bemeneti paraméter a

fizikális csatorna megadása, ami közvetlenül a hardvereszközzel lesz összeköttetésben,

az én esetemben ez a DIO mérőkártya egyes bemenetei.

44. ábra DAQmx csatorna létrehozás VI.

A Start task-kal indul a tényleges adatkiolvasás a definiált csatornán keresztül:

45. ábra DAQmx mérés indítása VI.

Jelek kiolvasását, illetve kiküldését feszültség vagy bináris (kvantum érték) formátumban

is elvégezhetjük. A kiolvasás függvénye alatt található mezőben állíthatjuk be, hogy

analóg vagy digitális értékeket olvasunk be, hogy egy- vagy többcsatornás mérés

eredményeit kívánjuk kiolvasni, hogy feszültség vagy skálázatlan kvantum értékeket

kívánunk kiolvasni.

45 / 67

46. ábra DAQmc olvasás VI.

Az itt beolvasott bináris értékeket használom fel a hétszegmensű kijelző egyes ledjeinek

a működtetésére, illetve logikai a döntéshozó hálózattal a szegmensek jeleit

visszaalakítom az az eredetileg beállított nyomógomb kombinációkra.

Meghatározhatjuk, hogy az olvasáshoz/küldéshez maximálisan mennyi időt

engedélyezünk. Ha a timeout paraméter értékéhez -1 értéket írunk, akkor addig vár a

rendszer, amíg az összes szükséges mintát ki nem olvassa. Ha 0 értéket írunk, akkor

egyszer megkísérli kiolvasni a szükséges adatmennyiséget, ha ez sikerül, akkor 0 status

értéket kap a függvény, vagyis sikeres függvényfuttatással tér vissza, ha nem, akkor

kiolvas annyi mintát, amennyi rendelkezésre áll, és idő túllépés (timeout) hibakóddal tér

vissza a függvény. A paramétert érdemes úgy beállítani, hogy a mintavételezéshez

szükséges idő (minta/mintavételi frekvencia) értékéhez néhány másodpercet hozzáadunk.

A mérést pedig a STOP ,

47. ábra DAQmc mérés leállítás VI.

46 / 67

illetve a CLEAR task-kal zárom le.

48. ábra DAQmx feladat törlés VI.

A „digitális” áramkörrész jeleinek beolvasására az alábbi beilesztett programrészletket

hoztam létre.

49. ábra A digitális jelek beolvasását vágző program rész.

Az egyes nyomógomboknak illetve a 7 szegmenses kijelző meghajtó jeleinek

beolvasására 11 digitális bementet hoztam létre és a mellékletben lévő 64.ábrán látható

logikai döntési hálózat segítségével hasonlítom össze, hogy az encoder megfelelően

alakítja e át a bevitt kombinációkat.

Külön kijelzésre kerül a 4 nyomógomb jele LED-ek segítségével illetve a 7 szegmens

jelből meghatározott nyomógomb állapot. Ha a „direktben” beolvasott 4 nyomógomb

illetve a visszaalakított jelek állapota megegyeznek, akkor aaz encoder megfelelően

működik, sikeres a teszt.

47 / 67

Sajnos nem sikerült az analóg bementi kártyát működésre bírni, így alternatívaként a

Digitális Multiméter kártyát kellett felhasználnom a potenciométer feszülségének s

áramának mérésére.

Ahhoz, hogy a mintavételezés elkezdődhessen első lépésben az alábbi VI segítségével

egy új munkamenetet kell létrehozni az eszköz számára.

50. ábra DMM munkamenet létrehozó VI.

Ezután következhet a mérés főb paramétereinek a definiálása. Itt adhatjuk meg, hogy

milyen mennyiséget szeretnénk mérni. Pl. DC / AC feszültésg vagy áram, hőmérséklet,

frekvencia stb.

51. ábra DMM mérés konfiguráló VI.

A következő VI felelős a tényleges mérés végrehajtásáért.

52. ábra DMM olvasás VI.

48 / 67

Lehetőségünk van egy „belső” ellenőrzésre az alábbi VI által, ami megállapítja a mért

értékből, hogy megfelel e a mérési kritériumoknak.

53. ábra DMM túlcsordulás figyelő VI.

Lezárásra kerül a mérés elején nyitott munkamenet, s az eddig foglalt eszközök

felszabadulnak.

54. ábra DMM munkamenet lezáró VI.

Külön részt szenteltem a feszültség, illetve árammérés végrehajtására. Majd ezek

eredményéből a program visszaadja az ellenállás értékét. Emellett a mért feszültség

értékéből visszakalkulálja a program, hogy milyen ellenállás értéket kéne képviselnie a

potenciométernek s a két ellenállásérték összehasonlítása után van egy döntéshozatal,

hogy a két érték megegyezik e vagy sem. A programrész a mellékletek 67.ábráján látható.

49 / 67

2.4.3 TestStand szekvencia létrehozása.

A korábbi fejezetben már említett módon a TestStand lehetővé teszi, hogy más

programnyelven megírt programokat, jelen esetben LabVIEW-ban készült programok

részleteket is lehessen használni különböző tesztek létrehozására.

Ahhoz, hogy bármilyen tesztet is végre lehessen hajtani, először definiálni kell a

felhasználni kívánt hardvereszközöket az NI MAX szoftveren belül:

55. ábra, NI MAX hardverkonfigurálás.

Az én esetemben a programozható tápegységet, a DMM mérőkártyát, illetve a DIO

kártyát kellett hozzáadnom a rendszeremhez.

TestStand-en belül, első körben létrehoztam egy „Akció” eseményt a fő szekvencia

ablakban, amely egy szabadon felhasználható kód modul.

Tipikusan olyan célra használják, amely nem közvetlenül az UUT tesztelésére irányul,

például klímakamra vezérlése, tápegység feszültségszintjének beállítása stb.

Ide töltöm a LabVIEW-ban létrehozott tápegységet vezérlő programrészletet. Miután

minden paraméter definiálva lett a fő szekvencia következő részében kerül beolvasásra

az analóg, illetve digitális mintavételezésre szolgáló LabVIEW VI-ok.

50 / 67

56. ábra TestStand főképernyő.

Az analóg mérés során egy ún. „Numeric limit” teszt hajtódik végre, melynek az a

lényege, hogy ha az általam definiált értékek közé esik a potenciométer számolt értéke,

akkor sikeres a teszt, egyéb esetben sikertelen.

A digitális teszt alkalmával TestStand-en belül egy „Pass/Fail” tesztet alkalmazok, mely

azt figyeli, hogy az általam megadott esemény bekövetkezik e vagy sem, a nyomógombok

állapota megegyezik e a szegmensekből nyert jelek által meghatározott állapotokkal. Ha

igen, akkor sikeres a teszt, ha nem, akkor sikertelen.

A teszteléshez felhasználom a TestStand azon tulajdonságát, hogy lehetővé teszi a

kódmodulban definiált programkomponens vezérlőfelület láthatóságát, azaz a teszt futása

közben láthatóvá válik a LabVIEWban létrehozott kezelőfelület, így maga a teszt

átláthatóbb, jobban nyomon követhető.

51 / 67

3. Automatizált teszteléshez eszköz fejlesztése NI VeriStand

platformon

A diplomamunka II. tárgy keretén belül a diplomamunka I.-ben TestStand környezet által

megvalósított rendszert fogom létrehozni ezúttal a VeriStand szoftver alkalmazásával.

3.1 NI VeriStand rendszere

A VeriStand egy olyan szoftverkörnyezet, amely alkalmas valós idejű alkalmazások

létrehozására, azon belül is adatgyűjtésre nagysebességű valamint feltételes méréseknél.

Továbbá lehetővé teszi vezérlő algoritmusok, szimulációs modellek, illetve más

„feladatok” (task-ok) importálást LabVIEW-ból esetleg más harmadik félként jelenlevő

környezetből. Ezen „task”-ok által felügyeleti valamint beavatkozási funkciókat tudunk

megvalósítani, futásidejű, változtatható felhasználói felületeket létrehozva, melyek

tartalmaznak olyan eszközöket, amik alkalmasak értékadásra, vészhelyzet figyelésre, I/O

portok kalibrálására.

Nem szükséges különleges programozási tudással rendelkezni a VeriStand

használatához, mivel alakítható, illetve olyan szoftver környezetekkel, mint a LabVIEW,

ANSI C/C++ vagy más modellező, valamint programozó alkalmazásokkal.

A valós idejű tesztalkalmazásokhoz szükséges funkcionalitás magja a VeriStand

architektúrájába lett implementálva, valamint optimalizálva. Ez magában foglal

folyamatos adatmentést, riasztás kezelést és algoritmus, illetve modell végrehajtást.

Valós idejű tesztrendszerek VeriStand általi létrehozásával fejlesztési továbbá

karbantartási költségeket lehet spórolni.

52 / 67

57. ábra NI VeriStand működtető "motorja".

Egy VeriStand valós idejű teszt alkalmazás általában egy vagy több valós idejű végrehajtó

célponttal rendelkezik, melyek Ethernet kommunikáción keresztül vannak kapcsolatban

a rendszerrel.

Minden egyes valós idejű végrehajtó célpont az NI VeriStand „motorját” ( engine )

futtatja, amely a Windows alapú rendszer által lett konfigurálva.

3.1.1 „System Explorer” ablak

A VeriStand valós idejű motorjának a konfigurálására használandó. Miután megtörtént a

konfigurálás, a VeriStand „munkahely” ablak egy valós idejű kezelőfelületet biztosít a

„motor”-hoz és különböző eszközöket tartalmaz, amelyek használhatók felügyeletre

valamint beavatkozásra.

53 / 67

58. ábra VeriStand futó alkalmazás.

Más szoftverkörnyezetek alkalmazásával testreszabhatók a VeriStand „képességei”. A

60. ábrán látható hol lehet további funkciókat adni az alkalmazásokhoz.

3.1.2.API könyvtárak:

A VeriStand .NET alapú API-t biztosít a „munkahely” illetve a System Explorer számára,

amit egyéni kezelőfelületek létrehozására lehet használni vagy a VeriStand

alkalmazásainak az automatizálására. Ezen .NET alapú API-k LabVIEW, TestStand

illetve más fejlesztőkörnyezetek által is használhatók.

3.1.3„Munkahely” eszközök:

A „munkahely” egy futásidejű, szerkeszthető kezelőfelület VeriStand alkalmazások

részére. A „munkahely” használatához egyszerűen fogjuk a kezelőfelület eszközeit s

áthúzzuk őket a „munkahely” képernyőre s jobbklikkel előhozhatjuk a konfigurációs

ablakot. Akár LabVIEW segítségével is létrehozhatunk vezérlőket és kijelzőket a

VeriStand számára, ami egyedi megjelenést kölcsönöz a programunk számára.

54 / 67

59. ábra Egyedi kezelőfelület eszközök létrehozása LabVIEW-val

3.1.4. Stimulus Profile Editor – Impulzus Generátor Szerkesztő

Ez egy Ni VeriStand eszköz, amely impulzus generálásra, valamint loggolási feladatok

alkalmas s az NI VeriStand „motorjához” van kapcsolva.

Létrehozhatunk valós idejű profilokat különböző konstrukciókat felhasználva, mint hurok

struktúrák, feltételes utasítások, változók. A már fentebb említett loggolási feladatokat

független loggolási értékekkel valamint trigger feltételekkel adhatjuk meg.

Példának okáért egy log fájl gyűjthet adatokat csökkentett értékkel, lassan változó

csatornákról, míg egy másik fájl egy magasabb értékű „adatrögzítést” végezhet a trigger

jel indulása után.

Az impulzus profilok az NI VeriStand valós idejű motorjában hajtódnak végre,

mindazonáltal további tesztautomatizálási „képességeket” tudunk hozzáadni a fő

interfészen keresztül.

55 / 67

60. ábra VeriStand impulzus profil definiáló ablak.

Az NI VeriStand motorja több „időzített hurokból” áll, amik végrehajtási ideje

hardveresemények által vannak vezérelve ms felbontással. FIFO memória biztosítja a

kommunikációt a különböző hurkokban futó feladatok között anélkül, hogy jitter

jelenséget okozna a motor futásában. Ezzel a többhurkos architektúrával az NI VeriStand

motor kihasználja a többmagos processzorok által kínált párhuzamos folyamatkezelés

erejét, ezzel növelve a rendszer teljesítményét. Lehetőségünk van azonban, hogy

válasszunk a nagy áteresztőképességű, párhuzamos vagy alacsony késleltetésű és

szekvenciális architektúrák közül.

A motor valós idejű I/O feladatai hardver időzített, egypontos I/O struktúrát használ, ami

ideális szimulációs, vezérlési, és pontról pontra történő analízis elvégzésére.

Az NI VeriStand motor futhat PCI- illetve PXI alapú valósidejű LabVIEW rendszereken

vagy akár NI CompactRIO illetve NI Single-Board RIO interfészeken melyek legalább

128MB vagy nagyobb DRAM-mal rendelkeznek.

Egy valósidejű rendszer lehetővé teszi, hogy előre meghatározottan hajtsuk végre a

tesztjeinket, szinkronizált I/O-val.

56 / 67

3.2 VeriStand szekvencia létrehozása

Az NI MAX-hoz hasonlóan itt is definiálnom kellett a használni kívánt

hardvereszközöket a program „System Explorer” ablakában.

61. ábra VeriStand hardvereszközök definiálása.

Ide vannak betöltve az általam használt 3 PXI eszköz bemenetei illetve kimenetei.

TestStand-hez hasonlóan itt is az alap LabVIEW kódomból indultam ki, viszont

VeriStand számára van egy külön funkció LabVIEW-ban, ami lehetővé teszi, hogy a

modell fájlokat hozzunk létre s a „Szimulációs modellek” opció alatt ezeket betöltve

megjelenik az összes generált bemeneti, illetve kimeneti csatorna, amit LabVIEW-ban

már definiáltam.

A „System Explorerben” létrehozott konfigurációs fájl-t pedig a 63. ábrán látható „Project

Explorer” ablakban a saját projektfájlom létrehozása során hozzácsatoltam a fenti

konfigurációs fájl-t.

57 / 67

A projekt futtatása után megjelenik a „Workspace” ablak, ahol a LabVIEW-ban definiált

be- és kimeneti változókat aktiváltam s létrehoztam a VeriStand által használt

kezelőfelületet.

62. ábra VeriStand projektfájl létrehozása.

A LabView-ban definiált módon történik a teszt végrehajtása.

58 / 67

Összegzés

A diplomamunka elkészítése során az volt a feladatom, hogy hozzak létre egy

tesztrendszert, ami kezel analóg és digitális jeleket s ezt egy áramköri példával

demonstráljam.

Első körben az áramkör kivitelét határoztam meg, ami egy nagyon egyszerű

potenciométeren keresztül való feszültség, illetve áram mérési lehetőséget tartalmaz,

valamint egy BCD kódból hétszegmensű átalakítást végző részből áll.

Miután megvolt milyen áramkörrel fogok foglalkozni, kezdésképp az EAGLE

áramkörtervező programjával megrajzoltam az egyes áramköri elemeket tartalmazó

sémarajzot, majd ennek tükrében a hozzátartozó NYÁK tervet is elkészítettem. Miután

összeraktam az áramkört, funkcionálisan teszteltem az egyes részáramköröket, s pár apró

módosítást illetve javítást is eszközölnöm kellett, ilyen például a feszültségstabilizátor

utólagos hűtése, mivel túlságosan is melegedett, ha hosszabb időn keresztül akartam

működtetni. Így hűtőbordával kellett ellátni.

Mivel az előző tanulmányaim során már megismerkedtem a LabVIEW programmal,

valamint egyszerű kezelhetősége miatt úgy döntöttem ezen programnyelvet fogom

felhasználni a TestStand s VeriStand programok „alapjául”.

Definiáltam három elkülönülő programrészletet, mindháromhoz külön, egyedi VI

csomagokat kellett beszerezni.

Először is a PXI-4011 programozható tápegység vezérlését valósítottam meg. Ehhez

külön az ilyen célra használatos „DC Power” VI „csomagot”. A tápegység beállíthatósága

a használt csatornáktól függ. pl. 0-20V

Az analóg mintavételezést DAQ eszközökkel szerettem volna megvalósítani, de mivel

nem sikerült működésre bírni az Analog IO kártyát, így a DMM mérőkártyát használtam

fel, hogy a kívánt jeleket be tudjam olvasni a programrészletben.

Az alap LabVIEW program megírása után tanulmányoztam, mind a TestStand, mint a

VeriStand rendszerét s felhasználva a meglévő forrás programomat, létrehoztam a

tesztelést végző rendszert.

Mind a TestStand, mind a VeriStand rendszerét egy igen rugalmasan konfigurálható, jó

grafikus tulajdonságokkal bíró programként ismertem meg, melyekkel összetett, mégis

jól kezelhető tesztrendszerek hozhatók létre. VeriStand esetében akár a futó program alatt

van mód a grafikus kezelőfelület változtathatóságára anélkül, hogy megzavarnánk a

program futását.

59 / 67

A rendszeremben maradt jócskán fejleszthetőségi lehetőség. Sajnos licenszelt verziók

hiányában, illetve a hardvereszközök limitált támogatottsága miatt nem tudtam teljes

mértékben megvalósítani a kitűzött célokat.

60 / 67

Summary

In my final thesis my goal was to create such a testing environment which can deal with

analog and digital signals, also to represent a circuit which can be used for this test system.

First I needed to settle what kind of circuit will I use during the development of my testing

system.

I decided to make a simple circuit which contains a voltage and current measurement

what is used to determine the potentimeter’s resistance and a BCD code encoder to 7

segment display.

To realize and create my circucit first I studied the Eagle circuit designer software, then

I could made to schematics and the PCB plan also. After the finishing and designing phase

I have created the circuit plate itself and solded all the parts onto it. I needed to test all the

parts, that, are they functionating or not, and during this process it came out that some

parts were already broken like the encoder, and the 7 segment display so those needed to

be changed.

Also it was needed to make some changes like the voltage regulator was overheating too

much during the usage of the circuit so I placed a cooling fan on its cover.

Regarding the software part I decided to use LabVIEW as a substructure for TestStand

and VeriStand since in my pre-education i already used it, and its well known of its easy

handling.

In the software i needed to create 3 independent parts and for these I had to get special

program components, „VI”-s.

The 3 software parts are meant for the handling of the PXI devices like the programmable

power supply, the DMM measuring card, and the DIO card.

Regarding the analog signal sampling my original plan was to use the AI card in the PXI

chassis, with the DAQ-mx VI pack, but unfortunatelly the AI card in the device was not

functionating properly so I needed to use the above mentioned DMM flex card.

After realizing the base LabVIEW program part I spent some time to study the TestStand

and VeriStand architecture, afterwards I have created simple test seqeunces based on my

previously created LabVIEW program.

After the usage of the above mentioned 2 testing environment I can say that they can be

used for many kind of testing projects, they allow paralell testing function, they are

flexible, also they have a very good graphical options.

61 / 67

In VeriStand you even can change your graphical interface during a running program,

without crashing its operation

After all I can say that in my project I left some developing possibilities, due to lack of

time and availability of some licences I couldn’t realize the goals fully what I defined.

62 / 67

Irodalomjegyzék

[1] http://www.testandmeasurementtips.com/testing-operational-amplifiers/

[2] http://eecs.ceas.uc.edu/~jonewb/analog.pdf

[3] ni.com

http://www.ni.com/veristand/resources/

http://www.ni.com/teststand/resources/

[4] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54ls47.pdf

[5] https://www.magyar-

elektronika.hu/images/stories/downloads/Kohut/me_2007_11_kohut_cikk_1.pdf

63 / 67

Mellékletek

1. táblázat Igazságtábla.

Bemenetek

( Kapcsoló állások)

Kimenetek (Szegmensek)

D(8) C(4) B(2) A(1) a b c d e f g

0 0 0 0 0 Be Be Be Be Be Be Ki

1 0 0 0 1 Ki Be Be Ki Ki Ki Ki

2 0 0 1 0 Be Be Ki Be Be Ki Be

3 0 0 1 1 Be Be Be Be Ki Ki Be

4 0 1 0 0 Ki Be Be Ki Ki Be Be

5 0 1 0 1 Be Ki Be Be Ki Be Be

6 0 1 1 0 Ki Ki Be Be Be Be Be

7 0 1 1 1 Be Be Be Ki Ki Ki Ki

8 1 0 0 0 Be Be Be Be Be Be Be

9 1 0 0 1 Be Be Be Ki Ki Be Be

Kapcsoló

állása

0 = Ki , LED nem

világít

1 = Be , LED világít

64 / 67

63. ábra Digitális programszrész, logikai döntéshálózat.

64. ábra Analóg mérés kezelőfelület.

65 / 67

65. ábra VeriStand számára LabVIEW modell fájl generálása.

67. ábra Az analóg mintavételezést végző program rész.

66 / 67

68. ábra A használt PXI eszközök.

67 / 67

69. ábra Az áramkör csatlakoztatása a DIO kártyához.