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                    一套某計算機接口物理特性測試系統的開發研究

                    添加時間:2020/06/23 來源:西安電子科技大學 作者: 帥瑩
                    本文的主要內容為設計一套某計算機接口物理特性測試系統,該測試系統是軟、硬件設計相結合的系統。該測試系統可以對多種不同類別的計算機接口性能進行測試,具有測試準確度高、可測試接口多、實施性強等特點.
                    以下為本篇論文正文:

                      摘要


                      隨著科學技術的不斷發展,我國研制的飛行體類別逐漸增多,涉及領域多范圍廣,為了保證其安全精準的飛行,控制系統起到了關鍵作用。某計算機是指由基本元器件、集成電路、模塊及部件設計構成的用于飛行體上進行采集控制或計算管理的計算機。

                      它集信息采集、融合、濾波、控制于一身,其性能測試是我們在研制過程中要完成的很重要的一步,全面的、完整的測試某計算機各方面的性能,其中接口物理特性測試是一個關鍵環節。

                      目前,只能通過人工手動的方法對某計算機接口的物理特性進行逐一測試,但測試過程存在許多問題。對于接口信號少的某計算機,尚可一一測試,但是對于接口復雜,輸入輸出信號繁多的計算機,許多信號都得不到測試,導致測試覆蓋性有所下降,某計算機的安全無法得到保障。

                      本文的主要內容為設計一套某計算機接口物理特性測試系統,該測試系統是軟、硬件設計相結合的系統。該測試系統可以對多種不同類別的計算機接口性能進行測試,具有測試準確度高、可測試接口多、實施性強等特點,文中詳細敘述了測試系統的各項功能,分析了該測試系統的可實施性,給出測試系統所要達到的目標,完成了測試系統的結構設計、硬件設計和軟件設計,并對測試系統進行了可靠的測試驗證。

                      本文的主要貢獻如下:

                      1)提出了信息采集通道自動切換方案設計,能夠針對某計算機數百個接口信號進行自動測試;2)能夠對測試環境溫濕度進行實時采集觀測;3)能夠對多種不同型號的計算機進行測試;4)能夠有效地提升測試效率,降低測試工作的整體成本,提升測試覆蓋性。

                      關鍵詞:計算機,測試系統,阻抗測試,自動選擇

                    計算機接口物理特性測試系統

                    ABSTRACT

                      With the development of science and technology, the categories of the aircraft developed in China gradually increase, involving a wide range of fields. In order to ensure its safe and accurate flight, the control system plays a key role. A computer is a computer composed of basic components, integrated circuits, modules and components designed for acquisition control or calculation management on the aircraft. It integrates information collection, fusion, filtering and control, and its performance test is an important step to be completed in the development process. It comprehensively and completely tests the performance of various aspects of a computer, the key is to test the physical characteristics of interfaces.

                      At present, our physical properties test of computer interface can only be tested one by one by manual, but there are a number of problems with testing process. For computer interface signal is less, can be test one by one. But for the complex interface, input and output signals in a wide range of computer, because many signals are not testing, test coverage declined, lead to computer safety cannot be guaranteed, there will be unable to forecast results.

                      The purpose of this article is to design a test system for the physical characteristics of a computer interface. The test system can test the performance of different types of computer interface. It has the characteristics of high test accuracy, many test interfaces and strong practicability. The functions of the test system are described in detail, the practicability of the test system is analyzed, and the test system is given. To achieve the goal, the structure design, hardware design and software design of the test system have been completed, and the test system has been tested and verified reliably through hardware and software testing. The main contributions of the study are as follows:

                      1) The design of automatic switching scheme for information acquisition channel is proposed, which can test hundreds of interface signals of a computer automatically.

                      2) Acquisition and observation the temperature and humidity in a computer.

                      3) This test system can test many series of computers.

                      4) The system completed in the paper can improve test efficiency, reduce cost and improve test coverage.

                      Key word: Computer, Test Coverage, Universality, Automatic Testing

                    目錄

                      第一章 緒論

                      1.1 課題背景及意義

                      隨著科學技術的不斷發展,我國研制的飛行體類別逐漸增多,涉及領域多范圍廣,為了保證其安全精準的飛行,控制系統起到了關鍵作用。某計算機是指由基本元器件、集成電路、模塊及部件設計構成的用于飛行體上進行采集控制或計算管理的計算機。

                      它集信息采集、融合、濾波、控制于一身,其性能測試是我們在研制過程中要完成的很重要的一步,全面的、完整的測試某計算機各方面的性能,其中接口物理特性測試是一個關鍵環節。

                      某計算機功能性能測試,可以對要求的功能性能進行考察,但是并不是所有外部電應力損傷都能表現出功能異常。所以需要考察某計算機對外接口物理特性,也就是通過對外接口阻抗測試,來檢測對外接口是否正常。阻抗測試以阻抗特性識別為基礎,實現的是接口信號點之間阻抗差異性辨識的測試。它側重于接口器件的物理特性、接口信號連線的生產工藝特性、接口信號的插座接觸特性、接口信號之間的潛通路特性以及這些部件生產的正確性。

                      目前現有的對外接口阻抗測試只能通過人工手動進行測試,測試效率低,測試覆蓋不全面,能否進行自動測試,提升測試覆蓋性,是我們亟待解決的問題。

                      1.2 國內外研究現狀

                      由于技術壁壘和封鎖等原因,國外公開的自動化測試技術主要有飛針測試儀、線纜測試儀等。飛針測試儀最初是為裸板而設計的,也需要復雜的軟件和程序來支持,經過幾年的發展已經能夠有效地進行模擬在線測試[1].線纜測試儀主要是針對線纜的開路短路、錯接漏接、線阻和耐壓漏電流等參數進行測試[2].不僅可以測試還可以排除故障,可以將研制開發時間從幾周縮短為幾個小時,大大縮短計算機設計周期和投入市場的時間。

                      國內自動化測試技術主要為電氣絕緣測試儀,該測試儀通過設置擊穿電壓,進行所需測試計算機的電路進行耐壓、擊穿電壓以及擊穿強度測試[3].現有的阻抗測試技術對信號點之間缺乏全交叉、全自動掃描測試,阻值測試時所施加的電壓不可控,有可能會導致接口電路造成軟損傷,對感性和容性接口無法準確測量阻值(由于測試時間不可控引起重復測試時阻值不確定的問題)。

                      現有對某計算機自動測試儀主要是針對某計算機的功能性能進行測試,無法對某計算機的對外接口物理特性進行自動測試。且各針對特定的類別,缺乏通用性。測試域不足,缺乏全面性。對單機在系統中出現的供電環境、軟硬件匹配等并未覆蓋等問題,只采用總線環境加擾的測試方法[4].而針對某計算機電氣接口物理特性自動測試的測試系統尚無實用解決方案。

                      1.3 研究目標及研究內容

                      針對這種現狀,論文對某計算機的電氣接口物理特性測試系統進行了研究,研究目標主要有:

                      1) 能夠檢查某計算機對外接口物理連接關系(各對外連接點間短路、斷路等);

                      2) 能夠檢查某計算機對外接口信號連接插座點的接觸特性,判斷有無斷路、短路、接觸不良等現象;

                      3) 能夠對某計算機上百個信號接口之間的阻抗進行正確自動測試。能夠對測試結果進行數據的顯示、保存,方便在后續的工作中進行數據的統計,追溯和打印,能夠對出的數據進行判讀,顯示正確與否;

                      4) 能夠對測試環境溫濕度進行實時采集觀測;5) 通用性,能夠對多種不同型號的計算機進行測試;6) 結合實際應用,能夠有效地提升測試效率,降低測試工作的整體成本,提升測試覆蓋性。

                      針對以上研究目標,完成一個可用的測試系統。測試系統在設計的過程中應該注意,操作的過程應該盡量的簡化、簡單,盡量減少不當操作的可能性。優化測試流程,使效率更高。該論文對相關測試技術進行了探究,對測試系統結構,硬件和軟件進行了設計,完成了測試系統的驗證,并對這個測試系統的設計工作進行了總結和展望。

                      1.4 論文的組織結構

                      該論文由五部分組成,主要具體安排如下:

                      第一章緒論,介紹了課題的研究背景與意義,國內外的研究現狀,研究目標和研究內容,給出了論文的組織結構。

                      第二章系統需求分析與總體設計,主要對測試系統需求進行了分析,介紹了相關測試技術,對測試系統的組成和實現的功能進行了介紹,完成了初步的總體設計,可以進行下一步詳細設計。

                      第三章系統的詳細設計與實現,給出了本測試系統的詳細設計,主要包括硬件設計、軟件設計和系統結構設計,完整的介紹了整個測試系統實現的方法和實現的功能。

                      第四章系統測試驗證與分析,主要對測試系統的測試驗證過程進行了闡述,通過系統測試,完成了整個功能性能的測試。通過環境試驗驗證了整個測試系統的可靠性,并進行了相關的系統的分析,主要進行了測試系統的成本分析,在使用中能夠達到的經濟效益。

                      第五章總結與展望,對本文所做的工作進行了總結,給出了測試系統的優點和不足之處,提出了對該系統進一步改進的思路。

                      第二章 系統需求分析與總體設計
                      2.1 需求分析
                      2.1.1 某計算機簡介
                      2.1.2 某計算機接口統計
                      2.2 測試系統實現的功能
                      2.2.1 接口阻抗測試
                      2.2.2 溫濕度測試

                      2.2.3 通信接口測試
                      2.2.4 開關量輸入輸出測試
                      2.2.5 A/D 轉換模塊測試
                      2.2.6 D/A 轉換模塊測試

                      2.3 測試系統相關研究
                      2.3.1 通用性分析
                      2.3.2 自動測試技術
                      2.3.3 虛擬儀器技術
                      2.3.4 模數信號處理

                      2.4 設計實現
                      2.4.1 設計原則
                      2.4.2 組成簡介
                      2.4.3 實現方法
                      2.5 本章小結

                      第三章 系統詳細設計與實現
                      3.1 硬件設計
                      3.1.1 控制采集板
                      3.1.2 繼電器矩陣板卡
                      3.1.3 通信板卡
                      3.1.4 開關量板卡
                      3.1.5 供電模塊

                      3.2 軟件設計
                      3.2.1 上機軟件
                      3.2.2 測試軟件
                      3.2.3 測試方法
                      3.2.4 FPGA 軟件
                      3.3 結構設計
                      3.3.1 系統結構
                      3.3.2 電路結構
                      3.4 本章小結

                      第四章 系統測試驗證與分析
                      4.1 系統測試
                      4.2 軟件評測
                      4.3 可靠性測試
                      4.3.1 隨機振動試驗
                      4.3.2 溫度循環試驗
                      4.3.3 老煉試驗
                      4.3.4 高低溫試驗

                      4.4 系統相關分析
                      4.4.1 技術風險分析
                      4.4.2 工藝性分析
                      4.4.3 成本分析
                      4.5 本章小結

                    第五章 總結與展望

                      本次完成的某計算機電氣接口物理特性測試系統的設計,根據設計目標,完成了所要求實現的功能。完善某計算機輸入、輸出接口對外連接間短路、斷路物理狀態測試;能夠對環境溫度、濕度進行實時自動測試;能夠對不同類別某計算機對外接口的物理連接關系進行正確性自動測試;能夠對接口進行安全、可靠的絕緣、耐壓檢查,能夠實現信號特征阻抗測試結果記錄;能夠對某計算機多個通信接口,模擬量輸入接口,模擬量輸出接口,開關量輸入輸出接口進行測試。

                      測試系統符合對某計算機測試的要求,讓我們的工作變得更加高效,可靠性更高,不但對可以減小我們在操作中人為引入的外部干擾,還可以更精準的對某計算機的性能進行測試,保證某計算機的質量。對工程測試在研制開發新項目以及生產測試工作等方面都起到了重要的作用。

                      依托本次取得的經驗和成績,在今后的工作中要引入科學的 PDCA 流程模式,養成科學分析、解決問題的習慣和意識,積極查找問題,分析問題,解決問題。在工作的其他方面舉一反三,以點帶面,促進工作全面協調發展。

                      通過以上工作,測試系統已投入使用,提升了生產效率,同時還有許多不足。本測試系統主要針對的是接口的阻抗測試,對于某計算機本身的功能測試攝入不深。在后續的研究中,將針對某計算機的功能測試進一步完善,在以后的生產實踐中,將以本次課題為基礎,完善其功能,增加接口性能測試,可以更加全面的測試產品。

                      參考文獻
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                    致謝

                      時光荏苒,轉眼間我的學習已經接近尾聲。在校的這段時間內,校方老師給予了我許多無私的幫助,讓我對學生管理工作方面有了新的認識與進步。尤其在畢業論文設計階段,感謝我的導師對我提供了極大的幫助。從論文框架的建立,內容的安排,到論文格式的標準化等諸多方面,導師均對我進行了細致的指導,既為良師,又為益友。

                      在這里也要感謝支持我完成這個課題的高校,以及學校的領導和同事們,沒有你們在實施過程中對我的指導,本課題也不可能獲得如此大的成功。同時,我要感謝學校為我們提供如此便捷的環境,讓我能夠專心的查找各項學習資料、參考文獻。同時,我要感謝我的家人,在學習期間對我的關心、照顧與理解。

                      最后,感謝在百忙之中給我這篇論文指導的各位專家和領導。謝謝您們!

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