一套某计算机接口物理特性测试系统的开发研究

　　摘要

　　随着科学技术的不断发展，我国研制的飞行体类别逐渐增多，涉及领域多范围广，为了保证其安全精准的飞行，控制系统起到了关键作用。某计算机是指由基本元器件、集成电路、模块及部件设计构成的用于飞行体上进行采集控制或计算管理的计算机。

　　它集信息采集、融合、滤波、控制于一身，其性能测试是我们在研制过程中要完成的很重要的一步，全面的、完整的测试某计算机各方面的性能，其中接口物理特性测试是一个关键环节。

　　目前，只能通过人工手动的方法对某计算机接口的物理特性进行逐一测试，但测试过程存在许多问题。对于接口信号少的某计算机，尚可一一测试，但是对于接口复杂，输入输出信号繁多的计算机，许多信号都得不到测试，导致测试覆盖性有所下降，某计算机的安全无法得到保障。

　　本文的主要内容为设计一套某计算机接口物理特性测试系统，该测试系统是软、硬件设计相结合的系统。该测试系统可以对多种不同类别的计算机接口性能进行测试，具有测试准确度高、可测试接口多、实施性强等特点，文中详细叙述了测试系统的各项功能，分析了该测试系统的可实施性，给出测试系统所要达到的目标，完成了测试系统的结构设计、硬件设计和软件设计，并对测试系统进行了可靠的测试验证。

　　本文的主要贡献如下：

　　1）提出了信息采集通道自动切换方案设计，能够针对某计算机数百个接口信号进行自动测试；2）能够对测试环境温湿度进行实时采集观测；3）能够对多种不同型号的计算机进行测试；4）能够有效地提升测试效率，降低测试工作的整体成本，提升测试覆盖性。

　　关键词：计算机，测试系统，阻抗测试，自动选择

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

目录

　　第一章 绪论

　　1.1 课题背景及意义

　　随着科学技术的不断发展，我国研制的飞行体类别逐渐增多，涉及领域多范围广，为了保证其安全精准的飞行，控制系统起到了关键作用。某计算机是指由基本元器件、集成电路、模块及部件设计构成的用于飞行体上进行采集控制或计算管理的计算机。

　　它集信息采集、融合、滤波、控制于一身，其性能测试是我们在研制过程中要完成的很重要的一步，全面的、完整的测试某计算机各方面的性能，其中接口物理特性测试是一个关键环节。

　　某计算机功能性能测试，可以对要求的功能性能进行考察，但是并不是所有外部电应力损伤都能表现出功能异常。所以需要考察某计算机对外接口物理特性，也就是通过对外接口阻抗测试，来检测对外接口是否正常。阻抗测试以阻抗特性识别为基础，实现的是接口信号点之间阻抗差异性辨识的测试。它侧重于接口器件的物理特性、接口信号连线的生产工艺特性、接口信号的插座接触特性、接口信号之间的潜通路特性以及这些部件生产的正确性。

　　目前现有的对外接口阻抗测试只能通过人工手动进行测试，测试效率低，测试覆盖不全面，能否进行自动测试，提升测试覆盖性，是我们亟待解决的问题。

　　1.2 国内外研究现状

　　由于技术壁垒和封锁等原因，国外公开的自动化测试技术主要有飞针测试仪、线缆测试仪等。飞针测试仪最初是为裸板而设计的，也需要复杂的软件和程序来支持，经过几年的发展已经能够有效地进行模拟在线测试[1].线缆测试仪主要是针对线缆的开路短路、错接漏接、线阻和耐压漏电流等参数进行测试[2].不仅可以测试还可以排除故障，可以将研制开发时间从几周缩短为几个小时，大大缩短计算机设计周期和投入市场的时间。

　　国内自动化测试技术主要为电气绝缘测试仪，该测试仪通过设置击穿电压，进行所需测试计算机的电路进行耐压、击穿电压以及击穿强度测试[3].现有的阻抗测试技术对信号点之间缺乏全交叉、全自动扫描测试，阻值测试时所施加的电压不可控，有可能会导致接口电路造成软损伤，对感性和容性接口无法准确测量阻值（由于测试时间不可控引起重复测试时阻值不确定的问题）。

　　现有对某计算机自动测试仪主要是针对某计算机的功能性能进行测试，无法对某计算机的对外接口物理特性进行自动测试。且各针对特定的类别，缺乏通用性。测试域不足，缺乏全面性。对单机在系统中出现的供电环境、软硬件匹配等并未覆盖等问题，只采用总线环境加扰的测试方法[4].而针对某计算机电气接口物理特性自动测试的测试系统尚无实用解决方案。

　　1.3 研究目标及研究内容

　　针对这种现状，论文对某计算机的电气接口物理特性测试系统进行了研究，研究目标主要有：

　　1） 能够检查某计算机对外接口物理连接关系（各对外连接点间短路、断路等）；

　　2） 能够检查某计算机对外接口信号连接插座点的接触特性，判断有无断路、短路、接触不良等现象；

　　3） 能够对某计算机上百个信号接口之间的阻抗进行正确自动测试。能够对测试结果进行数据的显示、保存，方便在后续的工作中进行数据的统计，追溯和打印，能够对出的数据进行判读，显示正确与否；

　　4） 能够对测试环境温湿度进行实时采集观测；5） 通用性，能够对多种不同型号的计算机进行测试；6） 结合实际应用，能够有效地提升测试效率，降低测试工作的整体成本，提升测试覆盖性。

　　针对以上研究目标，完成一个可用的测试系统。测试系统在设计的过程中应该注意，操作的过程应该尽量的简化、简单，尽量减少不当操作的可能性。优化测试流程，使效率更高。该论文对相关测试技术进行了探究，对测试系统结构，硬件和软件进行了设计，完成了测试系统的验证，并对这个测试系统的设计工作进行了总结和展望。

　　1.4 论文的组织结构

　　该论文由五部分组成，主要具体安排如下：

　　第一章绪论，介绍了课题的研究背景与意义，国内外的研究现状，研究目标和研究内容，给出了论文的组织结构。

　　第二章系统需求分析与总体设计，主要对测试系统需求进行了分析，介绍了相关测试技术，对测试系统的组成和实现的功能进行了介绍，完成了初步的总体设计，可以进行下一步详细设计。

　　第三章系统的详细设计与实现，给出了本测试系统的详细设计，主要包括硬件设计、软件设计和系统结构设计，完整的介绍了整个测试系统实现的方法和实现的功能。

　　第四章系统测试验证与分析，主要对测试系统的测试验证过程进行了阐述，通过系统测试，完成了整个功能性能的测试。通过环境试验验证了整个测试系统的可靠性，并进行了相关的系统的分析，主要进行了测试系统的成本分析，在使用中能够达到的经济效益。

　　第五章总结与展望，对本文所做的工作进行了总结，给出了测试系统的优点和不足之处，提出了对该系统进一步改进的思路。

　　第二章 系统需求分析与总体设计
　　2.1 需求分析
　　2.1.1 某计算机简介
　　2.1.2 某计算机接口统计
　　2.2 测试系统实现的功能
　　2.2.1 接口阻抗测试
　　2.2.2 温湿度测试

　　2.2.3 通信接口测试
　　2.2.4 开关量输入输出测试
　　2.2.5 A/D 转换模块测试
　　2.2.6 D/A 转换模块测试

　　2.3 测试系统相关研究
　　2.3.1 通用性分析
　　2.3.2 自动测试技术
　　2.3.3 虚拟仪器技术
　　2.3.4 模数信号处理

　　2.4 设计实现
　　2.4.1 设计原则
　　2.4.2 组成简介
　　2.4.3 实现方法
　　2.5 本章小结

　　第三章 系统详细设计与实现
　　3.1 硬件设计
　　3.1.1 控制采集板
　　3.1.2 继电器矩阵板卡
　　3.1.3 通信板卡
　　3.1.4 开关量板卡
　　3.1.5 供电模块

　　3.2 软件设计
　　3.2.1 上机软件
　　3.2.2 测试软件
　　3.2.3 测试方法
　　3.2.4 FPGA 软件
　　3.3 结构设计
　　3.3.1 系统结构
　　3.3.2 电路结构
　　3.4 本章小结

　　第四章 系统测试验证与分析
　　4.1 系统测试
　　4.2 软件评测
　　4.3 可靠性测试
　　4.3.1 随机振动试验
　　4.3.2 温度循环试验
　　4.3.3 老炼试验
　　4.3.4 高低温试验

　　4.4 系统相关分析
　　4.4.1 技术风险分析
　　4.4.2 工艺性分析
　　4.4.3 成本分析
　　4.5 本章小结

第五章 总结与展望

　　本次完成的某计算机电气接口物理特性测试系统的设计，根据设计目标，完成了所要求实现的功能。完善某计算机输入、输出接口对外连接间短路、断路物理状态测试；能够对环境温度、湿度进行实时自动测试；能够对不同类别某计算机对外接口的物理连接关系进行正确性自动测试；能够对接口进行安全、可靠的绝缘、耐压检查，能够实现信号特征阻抗测试结果记录；能够对某计算机多个通信接口，模拟量输入接口，模拟量输出接口，开关量输入输出接口进行测试。

　　测试系统符合对某计算机测试的要求，让我们的工作变得更加高效，可靠性更高，不但对可以减小我们在操作中人为引入的外部干扰，还可以更精准的对某计算机的性能进行测试，保证某计算机的质量。对工程测试在研制开发新项目以及生产测试工作等方面都起到了重要的作用。

　　依托本次取得的经验和成绩，在今后的工作中要引入科学的 PDCA 流程模式，养成科学分析、解决问题的习惯和意识，积极查找问题，分析问题，解决问题。在工作的其他方面举一反三，以点带面，促进工作全面协调发展。

　　通过以上工作，测试系统已投入使用，提升了生产效率，同时还有许多不足。本测试系统主要针对的是接口的阻抗测试，对于某计算机本身的功能测试摄入不深。在后续的研究中，将针对某计算机的功能测试进一步完善，在以后的生产实践中，将以本次课题为基础，完善其功能，增加接口性能测试，可以更加全面的测试产品。

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　　[30] 胡湘洪。可靠性试验[M].北京：电子工业出版社，2015.

致谢

　　时光荏苒，转眼间我的学习已经接近尾声。在校的这段时间内，校方老师给予了我许多无私的帮助，让我对学生管理工作方面有了新的认识与进步。尤其在毕业论文设计阶段，感谢我的导师对我提供了极大的帮助。从论文框架的建立，内容的安排，到论文格式的标准化等诸多方面，导师均对我进行了细致的指导，既为良师，又为益友。

　　在这里也要感谢支持我完成这个课题的高校，以及学校的领导和同事们，没有你们在实施过程中对我的指导，本课题也不可能获得如此大的成功。同时，我要感谢学校为我们提供如此便捷的环境，让我能够专心的查找各项学习资料、参考文献。同时，我要感谢我的家人，在学习期间对我的关心、照顾与理解。

　　最后，感谢在百忙之中给我这篇论文指导的各位专家和领导。谢谢您们！

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