基于LabWind0ws／CVI的辐射仪虚拟检测系统.pdf

2 01 1正 第 7期 仪表 技术 与 传 感 器 I n s t r u me n t Te ch n iq u e a n d S e n s o r 2 0l1 No 7 基于 L a b Win d 0 w s C V I 的辐射仪虚拟检测系统 唐颖 ， 张劳模 ， 庄昌兮 ( 1 成都理工大学信息与科学技术学院， 四川成都6 1 0 0 5 9 ； 2 河南工程学院软件学院， 河南郑州4 5 0 0 5 3 ； 3 西南交通大学电气工程系， 四川成都6 1 4 2 0 2 ) 摘要： 基于L a b Wi n d o w s C V I 研发了新型的辐射仪虚拟检测系统， 该检测 系统通过 U S B接 口与主机进行连接， 采用卡 诺图法和 Q M算法编写测试矢量， 实现了野外对辐射仪快速检测的人性化设计， 并且用虚拟仪器面板代替传统仪器面 板 ， 实现数据采集、 检测、 显示一体化， 既保障了检测的安全性 ， 又方便快捷。 关键词 ： 检测系统； Q M算法； 卡诺图法； 误差分析 中图分类号： T P 2 7 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 2 1 8 4 1 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 2 8 0 2 De s ig n o f Ra d ia t io n Vir t u a l De t e ct io n S y s t e m Ba s e d o n La b W in d o ws CVI T ANG Yin g ， Z HAN G L a o mo ， Z HU ANG C h a n g x i ( 1 I n s t it u t e o f I n f o r ma t io n S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y， C h e n g d u U n iv e r s i t y o f T e ch n o l o g y ， C h e n g d u ， 6 1 0 0 5 9， C h i n a ； 2 S ch o o l o f s o f t wa r e ， He n a n I n s ti t u t e o f E n g in e e r i n g， Zh e n g z h o u 4 5 0 0 5 3， Ch in a； 3 D e p a r t me n t o f E l e ct r ica l E n g in e e ri n g ， S o u t h we s t j ia o t o n g U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 4 2 0 2， C h i n a ) Ab s t r a ct ： T h i s p a p e r d e s i g n e d a n e w r a d ia t i o n d e t e ct i o n s y s t e m o f v i r t u a l i n s t r u me n t s b a s e d o n L a b Win d o w sC VI T h e d e t e ct i o n s y s t e m co n n e ct s w i t h t h e h o s t t h r o u g h t h e U S B i n t e r f a ce I t w r o t e t e s t v e ct o r s b y t h e K ano G r a p h m e t h o d a n d the Q M a l g o r ithm， t o a ch ie v e d a t a co l l e ct io n， t e s t in g ， d is p l a y in t e g r a t io n b y VI F in a l l y， t h is s y s t e m r e aliz e s r a p id d e t e ct io n o f r a d io me t e r s a f e l y an d e ffi cie n t l y Ke y w o r d s ： d e t e ct io n s y s t e m； Q M al g o r i t h m； K a n o G r a p h ； e r r o r a n al y s is 0 引言 辐射仪是探测电离辐射并具有识别、 计量等功能的仪器和 装置的总称 ， 主要用于测量人体、 装备和各种物体的表面放射 性活度。在野外作业中， 当辐射仪发生故障时， 通常主要判断 其集成芯片功能是否正确， 识别其故障类型 ， 为设备维修提供 依据。常见的检测设备可以满足测试要求 ， 但体积大， 不宜携 带， 无数据采集功能， 不能和上位机通信 ， 不能和其他测试设备 互联。为了解决以上问题， 基于 L a b wi n d o w s cV I 研发了新型 的辐射仪虚拟检测系统。 1系统方案设计 1 1系统原理 检测系统主要由以下部分组成 ： 主机( 能支持 U S B 2 0协议 的 P C ) 、 U S B协议处理芯片 C Y 7 C 6 7 2 0 0 、 C P L D控制模块。其系 统结构框图如图 1 所示。L P C 2 1 3 6是基于一个支持实时仿真和 嵌 入 式 跟踪 T D MI - S T M C P U 的微 控 制 器， 与 C P L D 芯 片 E P M1 2 7 0 T 1 4 4 C 5直接采用 A D总线连接 ， 通过对 C P L D里面设 计方向寄存器、 输入寄存器、 输出寄存器的读写， 完成上位机测 试矢量的传递和端 口检测状态的收集； 采用串口通信协议， 完 成辐射仪的测试矢量数据下发和端口状态数据进行运算和压 缩 ， 通过 U S B接 口送主机， 由主机显示器显示结果 ， 由于 U S B 接 口的传输速率会影响示波器显示高速波形的实时性 ， 为使示 波器显示高速波形具有更强的实时性 ， 选用传输 速率 约为 收稿 日期 ： 2 0 1 01 01 8 收修改稿 日期 ： 2 0 1 1 0 51 1 6 0 MB s 的U S B协议处理芯片 C Y 7 C 6 7 2 0 0 。 图 1系统原理框 图 1 2系统硬件设计 系统硬件框图如图 2所示。该系统控制在集成芯片管脚 进行逻辑测试时的数据采集， 又能使采集到的数据传送给上位 机， 并在相关软件支持下比较出集成芯片好坏。其中， C P L D模 块共有2个 C P L D芯片， 故端 口模块总位数为2 02： 4 0 ， 共有 4 0 路每路相同的 C P L D模块测试端口。C P L D模块通过 8 b it 地 址与 1 6 b j l 数据总线与集成电路测试板 2上的 C P U控制单元连 接， 并通过数据总线与集成电路适配器 D I P插座连接。 2 逻辑优化算法 该系统通过 U S B接口接收上位工控机编写的测试矢量， 解 第 7期 唐颖等： 基于 L a J ) wi n d o w s cV I 的辐射仪虚拟检测系统 2 9 图2硬件框 图 析成被测芯片 1 0激励 电平， 然后读取被测芯片对应 1 0的结 果 ， 和标准结果进行比对， 根据比对结果提示不同的错误类型。 2 1 卡诺图法 卡诺图法指可以直接对系统预先存储的真值表一一进行 卡诺图化简 ， 再通过比对判断芯片的好坏。如辐射仪内部的芯 片 7 4 L S 1 4 ， 其逻辑功能是简单的“ 非” 关系， 则可以直接通过对 真值表画卡诺图进行逻辑优化， 如图 3所示。 I NP UT 0U r P UT A Y L H H L 图3 7 4 L S 1 4真值表 2 2 Q u i n e McC l u s k e y算法 常用的化简法是卡诺图法， 卡诺图法简单直观 ， 但是面对 多变量系统则会变得复杂。因此辐射仪检测系统采用 Q u in e McC l u s k e y 算法( 简称 Q - M算法 ) 编写逻辑化简程序。Q - M算 法是最小化布尔 函数的一种方法， 它在功能上等同于卡诺图， 能实现多变量化简 ， 并用 c 语言编程实现。比如先输入最小项 的十进制， 再转化为二进制进行合并标记， 将新节点替换旧节 点最后实现多变量的化简。 S t r u ct T A B L E I n t b i n 8 ； I n t X； I n t i n cl u d e d 1 6 ； I n t t a b l e in cl u d e_l i n e 1 2 8 ； I n t in cl u d e num ； I n t co u n t _t ur e； I n t j u d g e _ i n cl u d e ； 3 系统软件结构 整个系统的软件由上位机控制子系统及 L P C 2 1 3 6监测实 施子系统 2部分协同完成。其中， 上位机控制子系统， 主要提 供人机界面以及整个检测器件参数选择 ， 并完成对整个检测过 程的控 制 功 能。管理 功 能 子 系统 主 要 位 于 L P C 2 1 3 6上， L P C 2 1 3 6通过 U S B接口接收上位机控制子系统的命令 ， 解析并 控制 C P L D及硬件检测电路完成数字芯片的检测过程及结果判 断。检测过程图如图4所示。 基于 A R M L P C 2 1 3 6为硬件基础的测试实施子系统采用 c 语言开发， 基于 U C O S操作系统微内核 ， 其整个软件以 U C O S微 内核为基础实施了分层化设计， 便于移植及功能裁剪 ， 整个软 件层次如图5所示。以上各模块功能如下： 图4 接口层 各硬件驱动模块 ( I C A D D A T I MF J C o n s o l e ) 硬件 图 5 软件层次 图 ( 1 ) S H E L L模块： L P C 2 1 3 6的串口下控制命令执行解释器， 完成命令解析及执行。提供除上位机控制系统外的调试及控 制方法。 ( 2 ) 通信控制代理模块： 完成与上位问串口通信。 ( 3 ) 测试控制逻辑模块 ： 完成数字集成芯片检测功能的特 殊模块， 根据用户选定的芯片的测试矢量 ， 驱动 C P L D及硬件检 测电路完成被测器件的检测。 4 结论 辐射仪虚拟检测系统将其 内部芯片复杂的测试矢量设计 都集成于软件内部， 因此仅需要选择所需要测试器件类型后， 点击“ 开始测试” 按钮即可 自动开始测试 ， 最后报告辐射仪的集 成芯片故障部位， 以便维修。系统工作界面如图 6所示 ， 这里 对辐射仪中的数字集成芯片7 4 H C 1 5 1进行测试， 选择其工作电 压 为 + 3 3 V 雌 ： 图 6 人机管理界面图 基于 A R M控制芯片、 C P L D的虚拟辐射仪检测系统用虚拟 仪器面板代替传统仪器面板， 实现数据采集、 检测 、 显示一体 化， 具有通用性强、 便于移植的优势 ， 并能节约开发成本， 使功 能更加完善、 性能更加优越， 满足方便检测的需求。 参考文献： 1 吕俊霞， 胡雪梅 数字 I c 的检测方法与技术 西安航空技术高等 专科学校学报， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 5 ) ： 3 5 3 7 2 宋竹霞， 阎峰， 李帅 基于 S P C E 0 6 1 A的集成芯片检测仪的设计 西北大学学报 ， 2 0 0 9， 3 6 (