基于GPIB的电容器参数自动测试系统

I震 电子测量技术 ELECTRONIC MEASUREMENT TECHN0LOGY 第33卷第5期 2O1O年5月 基于 GPIB的电容器参数 自动测试系统 唐建东 (深圳职 业技 术学院微 电子 专业 深圳 518055) 摘 要 ：针对 电容器参数测试复杂 、耗时等特点 ，设计一个 电容器参数 自动测试系统 。在 介绍 了基 于 GPIB的 电容器 参数 自动测试系统测试方法和 GPIB总线结构和特点的基础上，重点描述电容器参数自动测试系统的总体结构，阐述 了系统的软件体系和电容器参数测试程序流程。经实验，该系统具有 自动化程度高、开放性好、测试速度快等优点， 适应 电容器制造 行业 的需求 。 关键词 ：GPIB；电容测试 ；自动测试 系统 ；H4263 中图分类号 ：TP39 文献标识码 ：B Capacitor parameters automatic test system based on GPIB bus Tang Jiandong (Shenzhen Polytechnic Electronic Engineering，Shenzhen 518055) Abstract： According tO complexity and time-consuming in test of capacitor parameters，a design of automatic test system based on GP IB is presented．This article mainly describes overall structure of the capacitor parameters automatic test system after introducing the test method and bus architecture of the system．It also describes software architecture and program flow of the capacitor parameters test．The system has the advantages of a high degree of automation，good opening，fast test speed etc． Keywords： GPIB；capacitor test；automatic；test system ；H4263 0 引 言 电容器制造行业对电容器参数的测试大多是靠手工 完成，每测试一个参数 就要设置一道工序，参数测试后根 据相关参数分 出合格品、不合格 品，在合格品中根据误差 大小再分出一等品、二等 品、三等品。因此 ，电容器测试是 电容器生产企业中投人人力、物力 、财力最多 的工序，同时 阻碍了电容器生产行业的信息化 。 基于 GPIB的自动测试系统是计算机技术和自动测试 技术相结合的产物，目前广泛应用于众多领域。一个测试 项 目就是计算机向测试仪发送消息 ，计算机和测试仪表 之间通过 GPIB线来连接，本文介绍了基于 GPIB总线的电 容器参数 自动测试系统 。该系统大大提高了电容器测试的 自动化程度，使测试人员从繁重的测试任务中解脱出来，不 但提高了仪器的测量精度 ，而且具有数据处理能力，并能用 软件来取代硬件甚至完成硬件无法完成的功能 ]。 1 电容器参数测试原理与测试方 法 1．1 阻抗测 量原 理 电容器有电阻特性和电容特性 ，其参数用复数阻抗 Z 表示 ，阻抗测量简化模型如图 1所示 。 是测试信号电 平 ，Rs是电源 内阻 。若加上测试信号 电压 V 时流过被 测 件的电流为 J，则被测件 的阻抗 Z表示 为Z 一 v，其 中阻 』 抗 Z包括实部和虚部，写作 Z=RC+jX，RC为电容器等效 1 电阻，x 一 为电容器等效容抗。式ee 是加在电容器 C 上信号的角频率 ，C为电容器等效 电容 。C和RC是 电容 器需要主要测试的参数 。 Rs I 图 1 阻抗测量简化模 型 1．2 电容测量电路模型 图 1测量模 型中被测件 的阻抗 Z的实部 和虚部可以 是并联电路结构或以可以是串联 电路结构。相应的测量 电路模型如 图 2所示。对 于小 电容 值，在交流测试 信号 下 ，有较大的电抗 ，意味着大数值并联 电阻的影响相对于 小数值串联电阻更加显著，采用并联电路模型，如图 2(a)。 · 99 · 第 33卷 电 子 测 量 技 术 当测量大 电容值时，串联 电阻的影响大于并联电阻 ，所以 采用串联电路模型，如图 2(b)所示。在实际测量过程 中， 电抗大于 100 kQ时 ，利用并联电路模型，小于 100 kQ时采 用 串联电路模型。 Cl I C 每 岳 Rc (a) (b) 图 2 电容测量 电路模型 2 电容器参数测试系统的结构 2．1 测试系统总体结构 电容器参数自动测试系统结构框图如图 3所示 ，包括 主控计算机、LCR测试仪器、分拣控制单元等部分组成。 系统能完成电容器上料 、测试电容器的参数和分选产 品等 级等功能。本文重点讨论测试电容器的参数 。 1)主控计算机：是整个系统的控制核心 ，负责整个平 台的控制，数据 的读取、处理、结果显示、数据存储 ，提 供人机交互界面、在线提示和帮助。计算机扩展板卡包括 IEEE-488总线通讯卡，完成计算机与 GPIB仪器的控制和 数据传输，选用 INES公司的 GPIB—PCI—XL。 2)LCR测试仪器 ：Agilent4263B LCR测试器。面板 结构简单，使用方便 ，性能稳定、可靠性好；4263B 8648供 完整的 GPIB编程和 SCPI编程码 ，方便 用于 自动测试 场合。 3)分拣控制单元 ：该部分接受 H4263B处理器接 口输 出的信号，完成测试电容器的分拣。根据测试电容器 的参 数，处理器接 口输 出不同的信号，采用机电控制技术实现 电容器的分拣。 输 出 1 输出2 图 3 测量 系统 2．2 GPIB总线 为了对测试仪器进行计算机控制 ，惠普公司在 2O世 纪 60～7O年代初开发了 GPIB(General Purpose Interface Bus)通用仪器控制接 口总线 ，在 1975年 GPIB成为 了 IEEE488标准⋯。GPIB是一个数字化 的 24线并行总 线 ，包括 8条数 据线 ，5条控 制线 (ATN、EOI、IFC、REN 和 SRQ)，3条握手线和 8条地线 。GPIB使 用 8位并行 、 字节串行 的异步通讯方式 ，数据一般 以 ASCII码 字符 串 方式传送 。 · ]O0 · 每个连接在 GPIB总线上的设备 ，包括计算机接 口卡 ， 必须有一个 0到 3O之间的 GPIB地址 ，一般 GPIB接 口板 设置为地址 0，仪器的 GPIB地址从 1到 30。GPIB有一个 主控制器来控制总线 ，在总线上传送仪器命令和数据 ，主 控制器寻址一个发送消息设备和一个或者多个接受消息 设备，消息数据串以并行方式在总线上从发送消息设备传 向接 受 消 息 设 备 ]。GPIB 总 线 使 用 SCPI(Standard Command for Programming Instrument)语言进行通信，要 求所有连接的设备支持 GPIB所发送的消息。 3 电容器参数测试系统软件设计 测试系统的软件从下到上可分为仪器驱动程序、参数 测试软 件 和数据 管理 软件 3层_7]。系 统选 用 Windows 2000操作系统为系统运行平台，用 C++ Builder6．0为软 件开发平台，参数测试软件是系统 的核心，主要通过计算 机编程来完成对测试仪器的远程控制，实现对电容器的各 项参数的 自动检定和测试 。 3．1 GPIB仪器驱动程序 GPIB仪器驱动程序是接 口板的驱动程 序，是系统控 制软件的最低层，它直接对 GPIB接口板进行控制，实现对 信号的 I／0操作。按照功能设计接口库函数 ，并将接 口库 函数包装在动态连接库 DLL中以方便调用 。本系统所用 INES公司提供的动态连接库函数为 GPIB一32．DLL，然后 在 C++ Builder环境下将 GPIB-32．DLL库装入应用程 序。数据传送的挂钩过程由接 口板 的硬件实现，应用程序 主要是通过 I／0语句寻址板上的各寄存器来实现各种接 口功能嘲。 3．2 参数测试管理模块 参数测试的详细流程如图 4所示 。测试过程可 由监 视窗口实时监视 ，并且每一步的测试结果会即时显示在测 试结果窗 口中。在所有测试完毕后 ，数据按要求处理并存 储于数据库中。 图4 参数测试流程图 3．3 数据与管理模块 数据的管理首 先实现实 时数据 显示，指在测试 完成 后 ，测试的结果会马上在界面上显示 出来。其次 ，实现测 试数据存储功能，供用户事后使用 ，所有原始测试数据以 唐建东：基于GPIB的电容器参数 自动测试系统 第5期 数据表的形式存储于测试数据库 中，用于完成测试检 索 、管理和测试数据统计等工作。数据管理模块还具有关 键字检索 、联合检索等常用的检索方式 ；提供测试报告 的 信息部分维护功能n]。此外 ，统计功能可以分析多个样品 的测试结果 ，并给出抽样合格率 、单项测试通过率等统计 指标报表 。将数据转换成报表 和图形的形式显示，并 自动 生成 Word格式的测试报告。 另外 ，还有系统管理模块用 于管理 系统 用户、硬件设 备、数据库文件，以及处理系统 日志。系统用户分为“管理 员”和“测试 人员”两 级权限 。“管理员”可以管理系统 用 户 ，可 以修改测试标准和进行测试，可以维护数据库和系 统 日志；而“测试 人员”只具有管理 自己的账号、密码 与进 行测试的权限。硬件设备管理包括测试仪器信 息表管理、 GPIB地址管理和系统链路损耗表管理 。 4 实验结果与分析 本系统设计实现后 ，在深圳一 电解电容器生产企业进 行了比较测试 ，其结果如表 1所示 。共测试了 6批产品 ，每 批产品选择 2000只待测电容 ，分成两组 ，每组 1000只，分 别采用自动测试系统测试 和手工 测试 ，测 试 了电容的 电 容、漏电流、损耗等参数。 表 1 电解电容 自动测试 和手工测试 比较 从表 1看出，采用 自动测试系统 ，测试 时间比手工测 试提高 的近 5倍，同时因为手工测试 引人 了人工干扰，测 试偏差 比自动测试高。同时，自动测试 的数据直接保存在 数据库中，为今后进行数据分析提供的可能。 5 结 论 基于 GPIB的电容器 参数 自动测试 系统综合应用 了 LCR测试仪和微机控制技术 ，实现了电容器的自动测试和 自动分选产品等级的控制 ，最大 限度地实现 了电容器参数 测试的自动化 ，具有实用性 、完备性 、灵活性 、安全性 、可扩 展性等特点 ，并且操作简单，界面友好 。利用该 系统完成 容器参数 的 自动测试，可以提高测试效率 ，减轻测试人员 的工作强度 ，加快了电容器制造行业信息化进程。并且该 系统的设计思路具有一定的代表性，同样适用于其他基于 GPIB的自动测试 系统 的开发与实现 ，具有很高的实用价 值和应用前景 。 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 参 考 文 献 吴俊，吴本科．基于 GPIB接口对微波网络分析仪进 行虚拟仪器的设计[J]．仪表技术与传感器，2009，2： 30—33． 王学伟，张未未，赵勇．USB-GPIB控制器及 VISA 函数库的设计[J]．电子测量与仪器学报，2008，31 (6)：150-154． 孟伶 伶 ，林 占江．一种 高 精度 的 电容 参数 测 试方 法 [J]．电子测量与仪器学报，2008，22(z2)：215—219． 修运访 ．基于 LabVIEW 事件 结构 的电台 自动化测 试 系统口]．测控技术，2008，(2)：38—40． 刘宏 勇，吕凝．基于 GPIB的 车载音 响 自动测 试系 统 I-J]．现代电子技术，2009，290(3)：175—178． 牛强军．基于 GPIB仪器的航空无线电罗盘综合测试 系统[J]．计算机测量与控制，2009．17(6)：1039—1041． 鲁昌华，笪许燕，王光春，等．基于 GPIB的自动测试 系统组态软件的研究口]．电测与仪表，2001，38(12)： 38—4O． 余华，吴文全．电阻电容及电感分离元件在线测量新 技术[J]．电子测量技术，2004(01)：116—120． 作 者 简 介 唐建东，男，1970年 出生 ，工学硕士 ， 现在主要从事数字信号采集与分析、微电 子技术等方面的研究等。 E—mail：jdtang@oa．szpt．net