智能芯片测试系统的开发与设计-副本综述

1、宁夏大学新华学院本科学位论文智能芯片测试系统的开发与设计摘要随着计算机技术和微电子技术的迅速发展， 智能芯片测试系统的应用越来越广 泛。测试过程应用于智能芯片的制造过程， 其主要目的都是为智能芯片质量与可靠 性提供一种度量。本文介绍了智能芯片测试的重要地位， 分析了芯片测试系统的发展和现状， 提 出了相应的设计方案。系统选择美国 NI公司的数据采集卡（ NI-DAQ ） PCI-6221对 待测参数进行采集，应用LabVIEW 编程语言对该测试系统的控制部分以及结果比对 部分进行了设计， 最终实现了一个闭环的测试系统的设计并给出测试结果， 主要用 D/A芯片来实现设计。与传统的测试方法相比，设

2、计更开放与灵活，便于修改，成功的实现了数字端 口的控制，模拟量的采集以及结果的比对与显示。关键字：虚拟仪器， LabVIEW ，数据采集宁夏大学新华学院本科学位论文AbstractWith the rapid development of the computer technology and microelectronics technology,Smart chip-testing systems are used more widely. The testing process are used in smart chip process, Main purpose is to prov

3、ide a measure for smart chip quality and reliability.The article introduces the important role of the smart microchip testing and analyzes the chip test system development and situation. It also puts forward the corresponding design scheme.The system uses data acquisition card to collect the measuri

4、ng parameters and chooseAmerica NI companys data collection card (DAQ)M series NI-models :PCI6221 for acquisition signal equipment, applies the LabVIEW programming software for the test system software parts, the control parts and the result.The LabVIEW realizes the design of closed loop testing sys

5、tem and gives out the results, Mainly use D/A chip to implement the design.Compared with the traditional test methods, it is more open and flexible, easy to modify. It makes the design of digital control ports, analog capture and compare and display the results succeed.Key words: virtual instrument

6、， LabVIEW Electromagnetic interference ， Data acquisition.宁夏大学新华学院本科学位论文目录第一章 前沿 11.1 课题背景及研究意义 11.1.1 现代工业生产的热点研究 11.1.2 测试系统设计技术的产生 21.2 研究意义 21.3 D/A 芯片测试方法发展现状 31.4 课题研究内容和研究方法 3 第二章 总体方案设计 52.1 选用的 D/A 芯片测试技术的设计 72.2 数据采集系统的介绍 92.2.1 数据采集卡的功能 92.2.2 数据采集系统的基本构成 102.2.3 信号调理 132.2.4 数据采集过程 14 第三

7、章 D/A 芯片测试及数据采集调试 163.1 静态参数测试部分 163.1.1 静态参数测试功能 163.1.2 静态参数输出控制部分的设计 163.1.3 静态参数数据采集部分的设计 213.1.4 静态数据采集的系统调试 253.2 动态参数测试部分 263.2.1 动态参数测试功能 263.2.2 动态数据输出控制部分和动态数据采集部分设计 263.2.3 动态数据采集的系统调试 36 第四章 总结与展望 384.1 总结 384.2 展望 39 参 考 文 献 40 致谢 41宁夏大学新华学院本科学位论文第一章 前 言1.1 课题背景及研究意义1.1.1 现代工业生产的热点研究在科学

8、技术日益发展的今天， 现代工业企业要取得成功的关键因素之一就是产 品合格的质量；在军事领域里面，要求武器装备要有更高的可靠性，保障性和可维 修性。另一方面，由于现代工业及科技的迅速发展，自动化程度也越来越高，设备 的结构变得越来越复杂，不仅仅同一设备的不同部分之间相互关联，紧密耦合，而 且不同设备之间也存在着紧密联系， 在运行过程中形成了一个不可分割的整体。 因 此，如果设备某一部分发生了故障，就可能引起一系列连锁反应，导致整个设备不 能正常运行，轻者造成停机，停产，重则产生严重的甚至灾难性的人员伤亡。最典 型的由于设备运行出现的故障而引起的灾难有： 1986 年 4 月，前苏联切尔诺贝利 核

9、电站放射性泄漏事故，损失达到 30亿美元，核污染波及周边各国。 2003年 2月 载有 7 名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机， 在结束了为期 16 天的太空任务之后， 返回地球时，在着陆前发生意外故障，航天飞机全部解体坠毁，不仅造成巨大的经 济损失，而且使人类探索太空的航天遭到重大影响。 因此，如何检测系统并且让 它正常的运行已成为一个十分重要的问题。故障检测技术在现代工业生产和国防建设中起到了极为重要的作用， 并且已经 成为科学界的热点研究之一。它是一门在近 40 年终发展起来的，为了更好地适应 各种工程而形成的多学科交叉的综合学科，其研究的领域涉及到多门学科的理论， 如数理统计、模糊集理论

10、、可靠性理论、信息处理、模式识别、人工智能等学科的 理论。当系统发生故障时， 系统中的一部分会表现出与物理量的正常状态不同的特 性，这种差异性包含有丰富的故障信息，根据故障的特征描述，利用它来进行故障 的检测分离及辨识就是故障诊断的任务和目的。1.1.2 测试系统设计技术的产生测试过程应用于半导体产品的制造过程， 不论这种产品的形式是单个管芯还是 封装好的成品元件， 其主要目的都是为半导体成品质量与可靠性提供一种度量。 因 此，测试对于确保集成电路产品的质量是必不可少的。 测试技术过程如图 1-1 图所宁夏大学新华学院本科学位论文示：图 1-1 测试技术过程测试的目的是为了检验制造后的产品是否

11、有故障。 要测试电路， 首先需要建立 故障模型。对于数字电路而言，故障是有问题的电路在逻辑级的描述。故障模型有 两种：描述影响元器件简介链接的故障模型和描述可能改变元器件真值表的故障模 型。在确认故障模型后， 可以生成针对被测电路的所有要检测的故障的列表。 然后 进行故障模拟，常用于故障模拟的算法有：串行故障模拟、并行故障模拟、推演故 障模拟等。这个过程是将故障列表中的故障加入到电路描述中，并施加测试向量， 分析和比较被测电路的输出响应和理想响应， 就可以测试给定的故障出现的条件并 生成测试向量集。1.2 研究意义随着计算机技术和微电子技术的迅速发展， 大规模和超大规模集成电路的应用 越来越普

12、及，测试费用在集成电路制造生产和检修过程中所占的比例已经越来越 高，研究适合现代电子设备的故障诊断系统就具有深远的现实意义。 数字芯片测试 系统是整个测试仪中一个非常重要的组成模块， 本论文介绍了系统测试仪中芯片测 试系统的设计和实现，包括数模转换原理，数据采集卡的使用， LabVIEW编程语言 的运用等。随着深亚微米技术的应用，芯片规模不断增加，使得测试成为 VLSI 设计费用 中最高，难度最大的一个环节。 据报道，测试费用可占到芯片制造成本的 50%以上， 为了提高测试效率，近十年来，测试方法学的研究日益受到重视。在集成电路产品开发的整个流程中，可测试性设计对于提高产品可靠性和成 品率是不

13、可忽略的。 因此，正确的设计并不能保证制造出来的芯片就一定能够正常 的工作。 在制造过程中由于制造工艺和制造环境等多种原因， 可能会使制造后的电宁夏大学新华学院本科学位论文路出现各种各样的物理缺陷问题， 比如线与线之间或者层与层之间出现短路， 线与 线之间出现开路等， 这些都会导致制造后的电路与预期的结果不一样， 而不能正确 的工作。如果故障芯片已经装在了 PCB上，可能会造成整个 PCB维修甚至更换，这种 更换的成本是相当大的， 所以出场前进行完整的测试是相当重要的， 虽然为提高芯 片制作质量做出了很大的努力，却不可避免的出现制作故障和生产出废品。1.3 D/A 芯片测试方法发展现状当前，数

14、字处理系统正在飞速发展，在通信领域，过去无线通信系统的设计都 是静态的，只能在规定范围内的特定频段上使用专用调制器、编码器和信道协议。 而软件无线电技术 (SDR)能更加灵活、有效地利用频谱，并能方便地升级和跟踪新 技术，大大地推动了无线通信系统的发展。在高精度测量领域，高级仪表的分辨率 在不断提高，电流到达 A量级，电压到达 mV 甚至更低。为了满足数字系统的发展要求， D/A 转换器的性能也必须不断提高，它将主要 向以下几个方向发展 :高转换速度： 现代数字系统的数据处理速度越来越快， 要求获取数据的速度也 要不断提高。高精度：现代数字系统的分辨率在不断提高，比如，高级仪表的最小可测值在

15、不断地减小，因此， D/A 转换器的分辨率也必须随之提高。低功耗：片上系统 (SOC已) 经成为集成电路发展的趋势，在同一块芯片上既有 模拟电路又有数字电路。 为了完成复杂的系统功能， 大系统中每个子模块的功耗应 尽可能地。1.4 课题研究内容和研究方法通过本设计所研究与设计基于 LabVIEW的 D/A 芯片测试系统，针对工业环境中 各种干扰与冲击的影响， 在 D/A 芯片的设计投入使用前， 需要对其进行模拟干扰环 境下的测试这一问题， 进行数据采集及处理系统。 不但利用虚拟仪器技术开发出一 种基于 LabVIEW的测试系统， 该系统不仅可以对压力、 温度、频率移等参数进行数 据采集和处理，

16、而且利用 LabVIEW平台的数据采集和测试系统来实现高精度的数字 控制。课题的研究主要内容是基于 LabVIEW的 D/A 芯片的测试系统设计， 其中主要宁夏大学新华学院本科学位论文包括静态电压参数的设计、 动态电压参数的设计、 基于 LabVIEW的数据采集和控制 系统的设计。在 LabVIEW 语言程序设计的过程中包括三个部分 : 前面板、框图程序和硬件 电路，因此一个 VI 程序的设计主要包括前面板的设计、框图程序的设计以及DAQ卡的连接和调试。1. 前面板 虚拟仪器的面板设计都在这个窗口中完成， 并且在前面板中执行 对仪器的操作。应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设

17、计前 面板。前面板中主要由输入控制器和输出指示器组成。 利用工具模板来添加输入控 制器和输出指示器。控制器使用户可以输入数据到程序 , 而指示器则用来显示程序 产生的数值。2. 框图程序 实现虚拟发生器的所有程序都在这个窗口中完成。 程序相当于 源代码, 只有在创建了框图程序以后该程序才能真正运行。所以在设计好前面板以 后, 就要根据各个框图之间的关系以及对数据的处理方法等设计框图程序。对框图 程序的设计主要是对节点、数据端口和连线的设计。3. DAQ 卡的连接和调试 DAQ 系统的基本任务是物理信号的产生或测量。 但是要使计算机系统能够测量物理信号， 必须要使用传感器把物理信号转换成电信 号

18、（电压或者电流信号） 。有时不能把被测信号直接连接到 DAQ卡，而必须使用信 号调理辅助电路，先将信号进行一定的处理。总之，数据采集是借助软件来控制整 个 DAQ 系统，包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。所以在设计好前面板 和框图程序后，就要连接 DAQ 的硬件电路，使其软件通过 DAQ 卡完成数据采集。第二章 总体方案设计本设计所研究与设计是基于 LabVIEW的D/A芯片测试系统， 针对工业环境中各 种干扰与冲击的影响，在 D/A 芯片的设计投入使用前，需要对其进行模拟干扰环境 下的测试这一问题， 进行数据采集及处理系统。 课题的研究内容主要包括静态参数 的设计、动态参数的设计、基于

19、 LabVIEW 的数据采集和控制系统的设计。2.1 本课题选用的 D/A 芯片测试系统的设计D/A 芯片外部连线如下图 2-3 所示宁夏大学新华学院本科学位论文图 2-3 D/A 芯片外部连线D/A芯片测试系统的设计步骤实际设计中选用的方案， D/A 芯片外部连线如下图 2-4 所示宁夏大学新华学院本科学位论文图2-4 D/A 芯片外部连线（1）：连接给定模拟数值，通过十进制与二进制的转换，将模拟量转换为数字控 制信号通过采集面板 A 的Line03位数字输出端口与 Line47位端口相连。（2）：采集卡在其内部做 D/A 转换，转化出数字信号。（3）：检测端采集到的数字信号通过 D/A 转

20、换出模拟信号与最初给定的模拟信号 做对比，得出结论。2.2 数据采集系统的介绍2.2.1. 数据采集卡的功能一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、 模拟输出、数字 I/O、计数器/ 计时 器等，这些功能分别由相应的电路来实现。模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关（ MUX）、放大器、采样保 持电路以及 A/D 来实现，通过这些部分， 一个模拟信号就可以转化为数字信号。 A/D 的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的 A/D。数字输出通常是为采集系统提供激励。输出信号受数模转换器（ D/A）的建立 时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出

21、信号幅值改变的 快慢。建立时间短、转换率高的 D/A 可以提供一个较高频率的信号。应该根据实际 需要选择 D/A 的参数指标。数字 I/O 通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包 括：数字口路数（ line）、接收 （ 发送） 率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、宁夏大学新华学院本科学位论文开关型加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合， 而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。 但加上合适的数字信号调理设 备，仍可以用采集卡输出的低电流的 TTL 电平信号去监控高电压、 大电流的工业设 备。数字 I/O 常见的应用是在计算机和外设如打印

22、机、 数据记录仪等之间传送数据。 另外一些数字口为了同步通信的需要还有“握手”线。路数、数据转换速率、 “握 手”能力都是应理解的重要参数， 应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字 I/O。许多场合都要用到计数器，如定时、产生方波等。计数器包括三个重要信号： 门限信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信号使计数器工作或不工 作；计数信号也即信号源，它提供了计数器操作的时间基准；输出是在输出线上产 生脉冲或方波。 计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率， 高分辨率意味着计数器 可以计更多的数，时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。2.2.2. 数据采集系统的基本构成图 2-5

23、 数据采集应用的结构1缓冲（ Buffers）这里的缓冲指的是 PC 内存的一个区域（不是数据采集卡上的 FIFO缓冲），它 用来临时存放数据。例如，你需要每秒采集几千个数据，在一秒内显示或图形化所 有数据是困难的。但是将采集卡的数据先送到 Buffer，你就可以先将它们快速存储起来，稍后再重新找回它们显示或分析。 需要注意的是 Buffer 与采集操作的速度及 容量有关。如果你的卡有 DMA 性能，模拟输入操作就有一个通向计算机内存的高 速硬件通道，这就意味着所采集的数据可以直接送到计算机的内存。不使用 Buffer 意味着对所采集的每一个数据你都必须及时处理（图形化、分析等） ，因为这里没

24、10宁夏大学新华学院本科学位论文有一个场合可以保持你着手处理的数据之前的若干数据点。下列情况需要使用 Buffer I/O： 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，或实时 分析的速度。 需要连续采集或产生 AC数据（ 10 样本秒），并且要同时分析或显示某 些数据。 采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。 下列情况可以不使用 Buffer I/O： 数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。 需要缩减存储器的开支。2触发（ Triggering）触发涉及初始化、 终止或同步采集事件的任何方法。 触发器通常是一个数字或 模拟信号，其状态可确定动作的发生。软件触发最容

25、易，你可以直接用软件，例如 使用布尔面板控制去启动 / 停止数据采集。硬件触发让板卡上的电路管理触发器， 控制了采集事件的时间分配， 有很高的精确度。 硬件触发可进一步分为外部触发和 内部触发。当某一模拟通道发生一个指定的电压电平时，让卡输出一个数字脉冲， 这是内部触发。 采集卡等待一个外部仪器发出的数字脉冲到来后初始化采集卡， 这 是外部触发。许多仪器提供数字输出（常称为“ trigger out”）用于触发特定的装置 或仪器，在这里，就是数据采集卡。数据采集系统一般由数据采集硬件、 硬件驱动程序和数据采集函数几个部分组 成。数据采集硬件有多种多样的形式。 数据采集硬件的选择要根据具体的应用

26、场合 并考虑到自己现有的技术资源。本设计中的数据采集卡根据设计要求选用 National Instruments 多功能 I/O采集 卡NI PCI-6221。如下图 2-6：其性能指标如下： 16路单端模拟输入16bit分辨率 200kS/s采样率 200kS/s磁盘写入速度11宁夏大学新华学院本科学位论文 0.1 10v的输入范围 2路16位模拟输出 8条数字 I/O接口 2路24位计数/ 定时器 带校准认证数支持 Windows2000/NT/XP的NI-DAQ软件驱动数据采集的程序由 LabVIEW软件编制，基本界面为数据采集的显示由示波器显 示波形，还包括数字显示和启动开关。图 2-

27、6 数据采集卡通过 PC机的 I/O 口，通过数据输入端用数据输入线和实验设备相连，在实验 设备的输出端有个转换电路，可以将实验系统中存在的信号（位移、压力等）转换 成数据卡所能采集的信号，下图 2-7 是接线端子 BNC2120的面板。12宁夏大学新华学院本科学位论文图 2-7 接线端子 BNC 2120 的面板NI 公司的数据采集卡可以使用内部时钟来设置扫描速率和通道间的时间间 隔。多数数据采集卡根据通道时钟( channel clock)按顺序扫描不同的通道，控制 一次扫描过程中相邻通道间的时间间隔， 而用扫描时钟 ( scan clock)来控制两次扫 描过程的间隔。通道时钟要比扫描时

28、钟快，通道时钟速率越快，在每次扫描过程中 相邻通道间的时间间隔就越小。2.2.3 信号调理从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包 括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。由于不同传感器有不同的特性，因此，除 了这些通用功能，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。 下面仅介绍信号调理的通用功能。1. 放大微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声， 使调理后信号的电压范围和 A/D 的电压范围相匹配。信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使得信号在 受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。2. 隔离隔离是指使用变压器、 光或电容耦合

29、等方法在被测系统和测试系统之间传递信13宁夏大学新华学院本科学位论文号，避免直接的电连接。使用隔离的原因由两个：一是从安全的角度考虑；另一个 原因是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。 如果数 据采集卡的地与信号地之间有电位差， 而又不进行隔离， 那么就有可能形成接地回 路，引起误差。3. 滤波 滤波的目的是从所测量的信号中除去不需要的成分。 大多数信号调理模块有低 通滤波器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频 率以上的所有频率的信号。某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。4. 激励 信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号， 比如

30、应变传感器、 热敏电 阻等需要外界电源或电流激励信号。 很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便 给传感器提供激励。5. 线性化 许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化， 以补偿传感器带来的误差。 但目前的趋势是， 数据采集系统可以利用软件来解决这 一问题。6. 数字信号调理 即使传感器直接输出数字信号，有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器 输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。 大多数数字信号调理模块还提供其他 一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字 I/O 直接控制电磁阀、电灯、 电动机等外部设备。2.2.4 数据采集过程对于 D/A 芯片测试系统

31、的数据采集， 其基本过程是在系统中的数字输出端接入 我们数据采集卡的数字输入口 DI 端，在程序框图有一个转换，将系统中的电压模 拟信号转换成数字信号并且输出数据采集卡， 这样我们才能对系统中的信号进行采 集，如图 2-8 所示。14宁夏大学新华学院本科学位论文图 2-8 数据采集过程第三章 D/A 芯片测试及数据采集调试3.1 静态参数测试部分3.1.1 静态参数测试功能采用单个模拟信号作为初始信号， 通过将模拟信号转换为数字量， 然后把数字 量输出，进入数据采集卡，将输出数据采集卡的数字信号转换为模拟信号，并且将 它和作为初始信号的模拟信号作比较，从而起到检测 D/A 芯片单个点的目的。3

32、.1.2 静态数据输出控制部分的设计用 LabVIEW8.2 软件编程，编程过程如下：首先新建一个界面，如下图 3-1 所示。图 3-1 新建界面弹出一个对话框， 单击“新建 VI”后出现两个工作区，前面板和程序框图，15宁夏大学新华学院本科学位论文如下图 3-2 所示图 3-2 前面板和后面板右键 程 序框图， 将出现一 个界面，点击测量 I/O 中DAQmax-Dat ，单 击DAQAssistant 如下图 3-3 所示。图 3-3 DAQ Assistant将弹出以下对话框。 由于模拟信号转换为数字信号， 数字端口输出， 那么 DAQ16宁夏大学新华学院本科学位论文的接收端应该是数字输

33、出，所以我们将选择 Line Output，如下图 3-4 所示图 3-4 Line Output单击Line Output之后，又将出现一个对话框，按住 shift并选择Line0，1，2，3， 如下图 3-5所示。图 3-5 选取通道单击 finish 之后，又将出现一个对话框， 单击 OK 即可。 新建显示控件并且将名称改为电压数值，则前面板如下图 3-6 所示。17宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-6 电压数值再在程序框图中单击右键，从函数编程布尔中选择数值至布尔转换，在程序框图中单击右键，从簇与变体中选择解除捆绑，如下图 3-7 所示。图 3-7 解除捆绑在前面板单击右键，从布尔中

34、中选择圆形指示灯，在程序框图中右键，在数组中选 择创建数组，连接程序框图，如下图 3-8 所示。18宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-8 程序框图的布局3.1.3 静态数据采集部分设计在程序框图选择函数测量 I/O ，从测量 I/O 中选择 DAQ，在获取信号中选择数字信号 Line Input，如图 3-9 所示图 3-9 输入数据类型的选择选择四个通道 Line0 3，如下图 3-10 所示：19宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-10 输入端口的选择在布尔中选择布尔数组至数值转换，并与采集数值显示相连接，如图 3-11 所 示。图 3-11 布尔控件将采集的模拟量和之前的模拟量做差取绝

35、对值，之后与 DA 精度 n1 102n 1n 16 相对比如果误差是在精度范围之内，那么将得出正确结果，如图3-12 所示20宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-12 计算比较在程序框中右键 ,从编程结构中选择条件结构 ，当条件为真时，结果输出正确， 如下图 3-13 所示。图 3-13 判断条件为“真” 当条件为真时，结果输出错误，如下图 3-14 所示 。21宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-14 判断条件为“假”程序框图中选择 While循环，将所有部件放入 While循环, 如下图3-15所示图 3-15 While 循环3.1.3 静态参数测试系统的调试以静态电压的数据采集和控制

36、为例，电压范围是 0 +10V，点击运行，进行调22宁夏大学新华学院本科学位论文试， 给定电压值为 1V，量程指针对应地停在 1 位置， LED的二进制码对应的“ 1 灯亮，输出为 1V，输出结果正确，如下图 3-16 所示。图 3-16 给定值为 2V 时的图像给定电压值为 7V，量程指针对应地停在 7 位置， LED的二进制码对应的“ 4”、 2”、“1”灯亮，输出为 7V，输出结果正确，如下图 3-17 所示。图 3-17 给定值为 7V 时的图像23宁夏大学新华学院本科学位论文3.2 动态参数测试部分3.2.1 动态测试功能采用正弦模拟信号作为初始信号， 将正弦划分等时的间隔点， 把每

37、个点对应的 电压幅值转换为数字量，然后把数字量输出，进入数据采集卡，将输出数字采集卡 的数字信号的采集点转换为模拟信号后和作为初始信号的模拟信号的点一一作比 较，从而起到检测 D/A 芯片动态点的目的。3.2.2 动态数据输出控制部分和数据采集部分的设计用 LabVIEW8.2 软件编程，编程过程如下： 首先新建一个界面，右键程序框图，将出现一个界面，点击信号处理波形生成 中的正弦波形，单击，如下图 3-18 所示。图 3-18 正弦波形 按照提示帮助将幅值控件和频率常量与正弦波形对应的接点相连接，如下图 3-19 所示。24宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-19 正弦波形连接图 右键前面板

38、，将出现一个界面，在列表与表格中选择 Express表格12 ，如下图 3-20 所示。图 3-20 Express表格在程序框图中右键，在文件 I/O中选择写入测量文件，如下图 3-21 所示25宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-21 写入测量文件弹出对话框在文件名中新建文件命名为 YCL1，在如文件已存在框中选择覆盖文 件，则程序框图如下图 3-22 所示。图 3-22 新建文件 将以用时间设定为 5s，如下图 3-23 所示。26宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-23 已用时间的设定 再在程序框图中单击右键， 从函数编文件 I/O中选择读取测量文件， 如下图 3-24 所示。图 3-

39、24 读取测量文件 弹出对话框在文件名中输入读取文件命名为 YCL1，则程序框图如下图 3-25 所 示。27宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-25 读取文件名为 YCL1在数据段大小中选择采样点设定为 1，如下图 3-26 所示图 3-26 设定采样点将读取的模拟数通过十进制与二进制的转换控件转换成 4 位二进制数，选取 4 个布尔灯分表示为 8421码，再在测量 I/O 中选择 DAQ Assistant，在产生信号的数 字输出中选择 Line Output，选择通道 Line03，如下图 3-27 所示28宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-27 选择通道在程序框图中将数据线连接，如下

40、图 3-28 所示图 3-28 连接数据线右键程序框图，将出现一个界面，单击测量 I/O 中的 DAQ Assistan，t 弹出对话 框，在接收信号的数字输入中选择 Line Input，选择通道 Line03，如下图 3-29 所 示。29宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-29 选择通道在程序框图中右键，在文件 I/O 中选择写入测量文件， 弹出对话框，新建测 量文件，命名为 YCL2，并且选择覆盖文件，如下图 3-30 所示。图 3 30 新建文件右键前面板，将出现一个界面，在列表与表格中选择图连接，并且设定时间延时 2s，如下图 3-31 所示。Express表格。将程序框30宁夏大

41、学新华学院本科学位论文图 3-31 时间延时将整个程序放入 While 循环，如下图 3-32 所示图 3-32 While 循环31宁夏大学新华学院本科学位论文在测量 I/O 中选择读取测量文件，弹出对话框选择 YCL1文件读取，并且在数据段大小中选择指定数据段大小采样点为 101 个，如图 3-33所示。图 3-33 YCL1文件读取创建一个 Express表格，将读取测量文件与 Express表格相连接，如下图 3-34 所示。32宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-34 创建一个 Express 表格 设置For循环将循环次数定为 1，如下图 3-35所示。图 3-35 设置 For

42、循环选择读取文件 YCL1 ，选择选定获取指定大小的数据段，采样点设定为一个， 如下图 3-36所示。图 3-36 读取文件 YCL1 在结构中选择条件函数，当“真”的时候把读取的测量文件写入测量文件命名 为 YCL3，如下图 3-37 所示。33宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-37 写入测量文件选择 For循环 800次，前 400此输出与假条件函数连接，如下图 3-38图所示图 3-38 For 循环读取测量文件 YCL3 ，设定数据段的大小，通过比对开始点来记录下一个完整 周期的 100个点存入写入文件 YCL4中，如下图 3-39所示。34宁夏大学新华学院本科学位论文图 3-39

43、读取测量文件 YCL3如下使用相关法将 YCL1与YCL4 的文件里的数据使用相关法并且显示波形图， 图3-40所示。图 3-40 相关法出图35宁夏大学新华学院本科学位论文3.2.3 动态数据采集的系统调试电压幅值是 0 +10V，点击运行，以动态正弦电压波形的数据采集和控制为例， 进行调试 .首先幅值为 1V，运行程序点击开始，如下图 3-48 所示图 3-48 设定幅值为 1V 时的图像幅值为 5V 时，运行程序点击开始，如下图 3-49 所示图 3-49 设定幅值为 5V 时的图像36宁夏大学新华学院本科学位论文第四章 经济技术分析作为现代仪器仪表发展的方向， 虚拟仪器已迅速发展成为一

44、种新的产业。 美国 是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国。到1994 年底，虚拟仪器制造厂已达 95 家，共生产 1 000 多种虚拟仪器产品，销售额达 2.93 亿美元，占整 个仪器销售额 73亿美元的 4%14 。到 1996 年，虚拟仪器已在仪器仪表市场中占有 10%的份额17 。生产虚拟仪器的主要厂家 NI、HP等公司，目前都生产数百个型号的 虚拟仪器产品。LabVIEW是目前应用最广的虚拟仪器开发环境之一，它充分利用计算机硬件 资源、仪器和测控系统硬件资源，被广泛应用于仪器控制、数据采集、数据分析、 数据显示等领域。LabVIEW是一种图形化的编程语言 , 使用这种语言编

45、程时 , 复杂的语言编程简 化为可视化的数据流编程 , 以图标表示功能模块 , 以图标间连线表示数值传输 , 其编 程方式与用元件和导线组成的电子电路十分相似 ,形象而直观。 LabVIEW中提供大 量现成的图形模板 , 可供生成美观实用的仪器面板； LabVIEW还提供丰富实用的数 值分析、数字信号处理等功能； 同时，LabVIEW高度集成了各种 GPIB、VXI、RS232、 RS-485 标准设备及数据采集卡、网络设备的驱动功能 , 通过 NI 提供的众多流行仪 器的源码级驱动程序 , 可轻而易举地与外部设备进行通讯和控制。在 LabVIEW平台 上, 进行数据采集系统设计可节省大量的程

46、序开发时间 18,19。通过这一个学期的学习和研究我基本完成了对 D/A 芯片的数模转换、数据采集 和输出系统、加载系统等的设计和编程。在数据采集系统中，最重要的元件就是数 据采集卡，它的价格也比较昂贵，用的是美国 NI 公司生产的 PCI6221，性能很好。 对于 D/A 芯片并没有特定的型号要求。整个设计中重要的组成部分就是对于静态与动态电压参数测试系统的设计。 在 数据采集方面数据卡的选用是很关键的， 我们选用了美国 NI 公司的 PCI6221，它是 M 系列， 250KS/s 16路， 16bit 低价位数据采集卡，带 2 路 16bit 模拟输出和 24路 DIO，价格大概 300

47、0 元左右。在编程方面我们选用了 LabVIEW8.2进行数据采集和信号输出界面的编制，在 数据采集和信号输出方面能够满足系统的要求。 在整个的实验系统中我们还要用到 一台 PC计算机和面板采集卡、电线，插线板等37宁夏大学新华学院本科学位论文第五章 总结与展望5.1 总结本实验系统是对 D/A 芯片进行测试，实验的要求是结合 LabVIEW虚拟仪器图形 编程语言和数模转化知识进行 D/A 芯片测试系统设计的可行性分析， 国内外现状情 况的调查。了解虚拟仪器的概念， 掌握 D/A 芯片测试系统的基本概念和方法。 应用 LabVIEW虚拟仪器图形编程语言设计一个完整的 D/A芯片测试系统， 并进

48、行模拟仿 真实验。在实验的过程中使我进一步掌握了 LabVIEW的编程环境和方法， 也加深了 对数据采集和信号输出的理解。这次设计主要是采用模拟信号作为初始信号 , 通过数据采集卡的数字端口来输出相应的数字信号 , 输出之后通过数据采集卡的模拟量采集功能对待测D/A 的输出的模拟量进行测量并和理论结果进行比较来判断 D/A 工作状态是否正常。设计学习到了专业课的知识， 比如关于 LabVIEW软件和数模转换的应用， 同时 也学到了很多新的、 从未接触过的知识， 比如有关数据采集方面等一些非常有用的 知识。5.2 展望下一阶段的工作是在熟练使 LabVIEW和数据采集卡基础上，利用 LabVIE

49、W中 的程序控制联机调试， 以及外接其他 D/A芯片测试工作，利用 LabVIEW程序控制实 时全面监测 D/A 芯片的效果。38宁夏大学新华学院本科学位论文参考文献1 刘文彦 . 现代测试系统 M. 长沙: 国防科技大学出版社 , 1995：4287.2 董绍平 . 数字信号处理基础 M. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学出版社 ,1996： 18 56.3 薛亮 . 一种D/A静态参数和动态参数的测试方法 J. 仪器仪表学报 , 2004：25 65.4 谢永乐 ,陈光 . 系统芯片的可测性设计与测试 J. 电子测量与仪器学报 ,2006.43(3):13 255 杨晗 ,冯耀莹 ,许弟建 . 高速 D/A转换器动态参数测试方法研究 J. 仪器仪表报 , 2001.21(3): 11136 朱冬梅 ,傅东兵 ,石建 . 一种用于高精度 D/A转换器的数字校准技术 J. 北京科技大学出版 社,2004.17(2): 16 37.7 陈国强 ,吴国华 ,刘敬 . 中规模集成电路功能测试仪的设计J.仪器测量学报 ,2008.