基于虛擬儀器技術的固定電話用戶板測試系統

2004年9月A版

摘  要：介紹一種用于ATLCD/ATLCE板的自動化測試系統。

關鍵詞：虛擬儀器；測試系統；負載板；LabVIEW

　　ATLCD是上海貝爾-阿爾卡特生產的用于固定模擬電話系統的32路用戶板，安裝在終端固定模擬電話機和電話交換局之間，起到模擬/數字信號轉換，多路復用等功能。ATLCD測試系統的目的是在生產的ATLCD用戶板出廠之前對它進行全面的測試，需要測試的功能包括電話特性測試和發送接收測試。由于ATLCD可以同時連接32路固定電話的用戶板，所以需要對32路分別進行同樣的測試。

　　在電話特性測試中，需要測試的是當終端固定電話機處在不同的工作狀態時，用戶板是否正確響應并提供相應的功能支持，這一類測試主要是測量用戶板在不同工作狀態下的電壓電流，以及特定信號，例如振鈴和計費信號的特性。而在發送接收測試中，需要測試的是在通話建立之后用戶板的語音編碼解碼，多路復用等功能是否正確。

測試系統

　　圖1是兩個固定電話用戶A和B建立通話時的信號連接圖。在信號傳輸過程中，用戶板需要提供數模轉換，模數轉換，編碼解碼，多路復用(一個用戶板可以連接多個模擬電話機)等功能，而在建立通話的過程中，用戶板還需要提供摘掛機檢測、振鈴等功能。

　　本測試系統對用戶板進行的測試包括電話特性測試和發送接收測試。在實際通話中，從用戶終端A和B分別連接到電話局交換設備是對稱的線路，因此在測試中只需要建立起其中一半即可完成所有的測試。

　　圖2是測試框圖，在電話局交換設備和用戶終端電話機之間通過被測的用戶板建立通話，在此過程中測試系統接入通話系統對用戶板的各項功能進行測試。

硬件結構

　　基于測試需求，本測試系統的結構如圖3所示，由兩部分組成：模擬通話系統和PXI測試系統。通話系統包括局方板(相當于電話局方交換設備)，待測ATLCD板，和負載板(相當于終端固定電話機)，這三個板卡連接起來工作，就可以模擬出實際的電話通話系統。PXI測試系統是美國NI公司的基于PXI總線的測試系統，在PXI機箱中安裝所需的測試模塊，再通過軟件編程實現相應的測試功能，在本系統中，安裝了數字萬用表，信號發生器，多路數字輸入輸出，高速數字輸入輸出等模塊。將PXI測試系統接入模擬通話系統，即可對處于工作狀態的ATLCD用戶板進行測試。

　　在通信模擬系統中，局方板的功能則模擬電話局端的信號交換和路由功能，并提供RS-232的編程接口，允許PXI系統通過該接口向ATLCD用戶板發送指令，讓ATLCD用戶板進入相應的工作狀態。負載板的功能是模擬32個終端固定電話機，并將需要測量的信號的連接至PXI測試系統，負載板負責在測量時、在確定的測量項將正確的負載接入測量電路。

　　在PXI測試系統中，測試程序對信號發生器進行編程控制，使其產生頻率和幅度可調的模擬信號，并將信號波形輸入負載板。與此同時多路數字輸入輸出卡發送串口指令以及自定義的控制指令至負載板，使得負載板將正確的負載接入待測ATLCD板。在做數字-模擬測試項時，測試程序控制高速數字輸入輸出卡向ATLCD板輸出數字脈沖序列，在做模擬-數字測試項時，測試程序控制高速數字輸入輸出卡從ATLCD板讀取返回的數字脈沖序列。數字萬用表的作用是讀取待測量的返回信號，測試程序對采集到的信號進行實時分析處理，最終得到正確的測試結果。

軟件結構和功能

　　整個軟件是在NI公司的面向對象的圖形化編程語言LabVIEW 7.1下開發完成的，層次結構如圖4所示，從上到下分為三層：高層應用程序，中層功能實現，以及底層的驅動程序和開發環境支持。

　　底層開發環境和驅動程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括LabVIEW 7.1圖形化編程環境和板卡的驅動程序。中層的功能實現是在LabVIEW環境下編程實現的子程序集，包括對不同板卡編程實現相應的測量功能模塊，對數據的處理分析模塊，語音信號的編碼解碼模塊，以及調用這些模塊實現的進行特定測試項目的子測試模塊等。而高層的應用程序是最終提供給測試操作員使用的程序，具有完善的用戶操作界面和測試配置界面。

　　儀器測量功能模塊是調用儀器的驅動程序編程實現的對某些特定信號進行測量或控制的模塊。在本測試系統中用到的儀器資源有四類：PXI-5411波形發生器模塊可以以40MSample/s更新率輸出任意波形，用于產生模擬語音信號；PXI-4070萬用表模塊用于測量電壓電流，并可以1.8MSample/s采集波形；PXI-6508多路數字輸入輸出模塊，用于控制負載板上的繼電器，將需測試的信號連接至相應的測試模塊；PXI-6534高速數字輸入輸出模塊，用于采集在局方板和ATLCD用戶板之間傳輸的高速數字信號，并進一步通過解碼得到模擬語音信號，或反過來產生數字信號給ATLCD用戶板。

　　另外在本系統中，還需用到RS-232串口編程來對ATLCD用戶板編程，讓ATLCD用戶板進入不同的工作狀態。相應地，在軟件中，我們實現了五個儀器相關的子程序集來使用這些儀器資源，實現所需的測量或控制功能。

　　在使用儀器測量功能模塊獲得所需測量的信號之后，我們需要依照一定的測試測量算法來判定所測得的信號是否在合理范圍之內。在電話特性測試中，電壓和電流可以直接測量得到，而振鈴信號，計費信號，和雙音多頻信號等，則需要對采集的信號做時域和頻域分析，才能得到所需的參數。在發送接收測試中，則涉及語音信號的PCM編碼解碼等算法。相應的在軟件中，我們實現了一個子程序集來完成所需的測試測量算法和編碼解碼算法。

　　子測試功能模塊是在整個測試系統運行時，獨立完成一個測試項目的功能模塊，多個子測試功能模塊共同完成整個系統的測試。我們實現了一組子測試模塊，每個子測試模塊對應一個測試項目，調用所需用到的儀器測量模塊和算法模塊來獲取信號并進行分析處理，完成對該項目的測試。

　　系統調試程序是一組可以獨立運行的程序，分別使用一個或幾個儀器資源完成特定的操作，用于系統或特定子測試功能的調試。

　　在測試流程管理模塊中，實現對各子測試功能模塊的管理，錯誤處理，報告生成等功能。

　　最終提供給測試操作員使用的應用程序，具有完善的用戶操作界面和測試配置界面，允許用戶對測試項目，測試指標等進行設置，并執行測試操作，對ATLCD用戶板進行測試。

　　在實現上，主測試程序調用所有的子測試模塊，完成對被測對象的全面測試，并調用測試流程管理模塊對測試流程實施監控和生成測試報告。

基于虛擬儀器的操作界面

　　為了方便用戶操作使用本測試系統，我們使用LabVIEW 7.1設計了友好的操作界面。

　　用戶在執行生產測試之前可以先使用參數設置程序來設置測試系統的相關參數。參數設置程序中各個功能包括：

　　圖5給出了主測試程序的界面，主測試程序完成用戶身份識別、測試板基本信息讀入、對各測試項依次進行測試、顯示測試結果等功能。

結語

　　本測試系統完成對ATLCD用戶板的全面測試，并提供完善靈活的系統設置，錯誤處理，報表生成等功能，已獲得用戶的驗收通過。長時間的生產測試表明該測試系統工作狀態穩定，測試結果精確，且與同類儀器相比本系統完成測試所需要的時間較短。

參考文獻:

1. Travis, Jeffrey. LabVIEW for Everyone. Prentice-Hall, 2001

2. National Instruments Corporation. The Interactive Encyclopedia of Measurement and Automation, 2002