一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于仪器仪表、虚拟仪器领域，尤其涉及一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法。

背景技术

目前，控制系统功能的日趋复杂，电子产品绝大部分的外围电路都是由电阻、电容、电感、二极管等组成的，在产品设计和设备维护测试中经常需要测量它们的大小，以及需要函数信号源进行仿真和测试。

与本方案最相近的现有技术：在进行电路和元件参数的测量上，目前最广泛使用的是万用表，其结构简单，携带方便，但它在对测量电感、电容参数时，在量程和准确性上都大大折扣，也无法发出函数信号进行仿真和测试。而实验室常用的信号发生源，因需要较大的液晶屏进行显示，导致整体体积庞大，价格昂贵，不便携带；同时用户的交互和功能的修改也较为不便。而利用可视化虚拟仪器LabVIEW作为数据处理平台可使界面更人性化，但目前LabVIEW配套的数据采集卡成本较高，令不少的用户难以接受。因此，亟需一种新的电子元器件测试系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有进行电路和电容，电感元件参数的测量方法中，万用表在量程和准确性上都大大折扣，也无法发出函数信号进行仿真和测试。

(2)现有实验室常用的信号发生源和示波器体积庞大，价格昂贵，不便携带；同时用户的交互和功能的修改也较为不便。

(3)目前LabVIEW配套的数据采集卡成本较高，令不少的用户难以接受。

(4)目前，实验室对电路或电子元器件测试中，一般需要用到万用表，示波器，信号源三种仪器。功能并没有集中在一个测试仪器上，灵活度较低。

故，本测试系统将参数测量、函数信号发生功能于一体，提高了测试效率。采用电脑界面进行显示，降低成本，减小体积，提高人机交互。

解决以上问题及缺陷的难度为：

采用LabVIEW设计的电脑界面代替了传统仪器的液晶屏显示，提高人机交互，降低成本的同时，也加大了系统软件设计难度；将电压、电阻、电感、电容测量和函数信号发生的功能集成在一个系统上，硬件电路较多时，就需要设计出相应的电路图并具有较好的抗干扰能力，对数字信号和模拟信号的处理就会有一定难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明提出的解决方案是以单片机作为主控芯片组成的虚拟测试仪器，系统上位机软件采用LabVIEW来进行设计开发。不再需要传统测量仪器的液晶屏显示，而是采用电脑界面，不但降低了成本，更提高了人机交互和灵活性。本测试系统将参数测量、函数信号发生、智能信息处理、多功能辅助等功能于一体，大大提高了测试效率。该测试装置价格便宜、操作简单、体积小、功能强大、便于携带。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法。

本发明是这样实现的，一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统包括：测试控制系统、数据采集单元、数据通信单元、信号产生单元和设备接口；

其中，所述测试控制系统用于调配系统资源，完成对被测产品的测试，处理并显示测试结果；所述数据采集单元对被测元件的测试数据进行采集和转换；所述数据通信单元为硬件系统与虚拟仪器的桥梁，将采集到的数据传输到控制系统；所述信号产生单元为待测元件或电路提供必要的输入信号。

设备接口，用于为待测元件或硬件系统电路的输入及输出提供端口。

进一步，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件系统电路包括电源模块电路、函数信号发生电路、参数测量电路、WIFI电路；

其中，所述电源模块用于为系统中其它各个模块提供所需要的电源，全部硬件电路的电源由18650锂电池提供，7.2V，2000mA；由于电路系统由各个不同模块电路组成，故需设计多个稳压电路完成：3.3V电压，用于为STM32F103C8T6单片机，ESP8266-01S WIFI模块提供电压；5V电压，用于为CH4052电路，RLC测量电路，DAC0832数模转换模块，指示灯及按键等接口电路；-5V电压，主要使LM358进入双电源工作状态，能输出正负电压。

所述函数信号发生电路用于发出正弦波、方波和三角波波形，为待测元件提供稳定、可靠、失真小的测试信号；采用的模块为DAC0832数模转换芯片，采样频率为8位的D/A转换芯片；该集成电路中有两个寄存器，使得DAC0832芯片具备双缓冲，单缓冲和直通三种输入方式；采用双缓冲方式，即在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字信号；TL431是可控精密稳压源，输出电压仅需两个电阻即可设置2.5V到36V内的任意值，输出电压作为DAC0832的VREF端口的输入电压；DAC0832输出端连接LM358双运算放大器，放大器的输出端接待测元件或电路板；

所述参数测量电路分为电压测量电路、电阻测量电路、电感测量电路和电容测量电路四个部分；

所述WIFI模块电路采用ESP8266-01S芯片实现单片机和LabVIEW上位机通信；ESP8266负责上网连接WIFI，通过单片机的UART将其添加在STM32F103C8T6单片机中，实现与PC端的LabVIEW上位机通信；

所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件电路的电路板设计中，采用Altium Designer软件平台设计PCB电路板，所述电路板长为8.00cm，宽为7.20cm。

进一步，参数测量电路中，所述电压测量的硬件部分由软件实现；电阻和电容的测量电路均采用RC多谐振荡电路；所述电感测量电路则采用电容三点式振荡电路；采用CD4052多路选择开关进行选择和隔离，所述测量模块所产生的特殊脉冲信号就通过CD4052的输出端口传入STM32F103C8T6单片机中，而单片机运用其定时器计数功能通过输入捕获累加的方式，获得待测元器件的的特定频率，经过多次采样，再进行数据处理或滤波，最终得出待测电子元器件的参数值，再将计算得出的参数值输出传入LabVIEW上位机进行显示；所述电压测量电路的硬件部分功能由软件实现，采用分压的方式，利用一个1K电阻和一个9K电阻将测量电压的范围提升为0-33V，可继续扩展电压的测量范围；

所述电阻测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻和电容组成RC多谐振荡电路，将待测的电阻接入对应的测量端口，产生振荡脉冲传入CD4052芯片，传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，计算出对应的频率，通过对应算法获得待测电阻值；所述电阻测量电路用于测量电阻，实际测量范围为0-100K，测量的电阻不小于100欧，测量误差即可小于百分之一；

所述电容测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻和电容组成555多谐振荡电路，将待测的电容接入对应的测量端口，产生相应的振荡脉冲传入CD4052芯片，再传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，与电阻测量的原理相似；所述电容测量电路的功能为测量电容，实际测量范围为100pF-100uF，满足绝大部分电容型电子元器件；

所述电感测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻、电容和三极管组成电容三点式振荡电路，所述振荡电路的主要部分为电容和电感组成的回路；将待测的电感接入对应的测量端子，产生相应的振荡脉冲传入CD4052芯片，进而传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，从而可计算出对应的频率，通过对应算法获得待测电阻值；所述电感测量电路的功能为测量电感，实际测量范围为10uH-10mH。

进一步，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的软件系统单片机软件单元、LabVIEW上位机软件单元和WIFI通信软件单元三个部分；其中，所述单片机软件单元可分为参数测量控制器和函数信号发生控制器；所述LabVIEW上位机软件单元可分为系统界面设计和程序框图设计。

进一步，所述单片机软件单元的参数测量控制器中，参数测量控制器指的是电压、电阻、电感、电容的测量；所述控制器用于接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，通过CD4052将对应的电路接入，555定时器产生特定频率的脉冲信号，STM32单片机运用定时器功能，对此脉冲信号进行输入捕获，经过数据处理和计算，完成待测元件参数测量；所述单片机内的参数测量控制器的设计是对传来的特定脉冲信号进行处理，得出待测元件的参数值；所述电压测量用将电压测量电路的输出端接入STM32单片机的ADC转换接口实现测量。

在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，单片机软件单元的函数信号控制器中，函数信号控制器指的是发出正弦波、三角波、方波和锯齿波波形。其控制器的作用，是接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，完成不同类型的函数信号输出。

进一步，所述LabVIEW上位机软件单元的系统界面设计中，系统界面指的是LabVIEW上位机的前面板，用于对待测元件、函数信号发生进行参数设置、结果显示等操作，需借助图形化编程方式实现；所述前面板包括WIFI连接、函数信号信号发生器、电压电阻测量、电感电容测量四个部分；所述函数信号发生器界面中参数设置包括函数信号类型、幅值、频率、占空比以及持续时间，并通过波形图来显示；

所述LabVIEW上位机软件单元的程序框图设计中，在LabVIEW的程序框图中，前面板界面的每一个界面都对应一段程序框图，由端口、节点、图框和连线构成，采用LabVIEW图形化编程语言。其中，端口用于对前面板进行控制、显示和传递数据；节点用于函数和功能调用；图框用于结构化程序控制；连线代表程序的数据信号流，可描述信号流方向；所述程序框图由WI-FI连接、数据接收和数据发送三个部分构成；所述数据发送程序框图工作流程为：打开对应的测量开关，创建成一个数组，进行字符串转换，字符串开头加上“X”和末端加上回车，即通信协议；最后写入TCP；所述数据接收程序框图的工作流程为：TCP端传来数据，去除头末两端，识别“V”，即通信协议，读取电压值，创建数组并显示在示波器中。

进一步，所述WIFI通信软件单元中，WI-FI通信软件设计用于实现STM32F103C8T6单片机与PC端LabVIEW相互通信；采用ESP8266-01S芯片，将其设置为透传模式，使得WIFI模块接通电源就能自动连接服务器，进入透传模式发送数据，每个数据包最大2048字节，或者每包数据以20ms间隔区分。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的基于虚拟仪器的电子元器件测试方法，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试方法包括以下步骤：

步骤一，基于LabVIEW虚拟仪器平台，采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，利用NE555定时器组成电阻、电容、电感测量电路；

步骤二，通过CD4052芯片进行通道选择，获得待测元件的测量值；

步骤三，通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机；

步骤四，通过软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。

进一步，步骤一中，所述电阻、电感、电容的测量，包括：

(1)电阻测量：其中T

T＝T

(2)电容测量：与电阻测量方法基本一致，其中R

T＝T

(3)电感测量：电感测量采用的是电容三点式振荡，与上述的电阻、电容测量原理不同；其中C

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的组装方法，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的组装方法，包括：

(1)进行元器件的选择与安装；

(2)设计与制作硬件电路，即PCB板绘制；

(3)元件组装，确定元器件安装位置；

(4)软件控制系统设计，包括单片机程序、PC端上位机和通信协议；

(5)硬件系统改良、测试功能并改良测试系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明采用LabVIEW上位机代替传统测量仪器的显示界面，为本发明最大创新点。

本发明提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，基于LabVIEW虚拟仪器平台，采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，利用NE555定时器组成电阻、电容、电感测量电路，然后通过CD4052芯片进行通道选择，获得待测元件的测量值，最后通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机，由软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。同理，上位机可给单片机传输数据，利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，完成基本函数信号输出，对待测元件进行仿真和测试，即满足了一些需要函数信号才能测试的元器件，如发光二极管。经过测试，本系统总体上达到测试的基本要求，有效的提高了测试效率，具有性价比高、使用便捷、功能多样的特点。

本发明以单片机作为主控芯片组成的虚拟测试仪器，系统上位机软件采用LabVIEW来进行设计开发；LabVIEW是一种基于图形的编程开发工具，能够用来建立直观、灵活的虚拟仪器面板。本测试系统是一个集参数测量、函数信号发生、智能信息处理、多功能辅助等功能于一体的综合系统，集中运用了计算机、虚拟仪器、信息融合、通信及电力电子等技术，是典型的高新技术综合体。该测试装置价格便宜、操作简单、体积小、功能强大、便于携带，具有广泛的使用价值和应用前景。

本发明基于LabVIEW虚拟仪器平台，设计一个电子元器件测试系统，本系统采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，利用NE555定时器组成电阻、电容、电感测量电路，然后通过CD4052芯片进行通道选择，获得待测元件的测量值，最后通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机，由软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。同理，上位机可给单片机传输数据，利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，完成基本函数信号输出，对待测元件进行仿真和测试，即满足了一些需要函数信号才能测试的元器件，如发光二极管或待测电路板。经过测试，本系统总体上达到测试的基本要求，有效的提高了测试效率，具有性价比高、使用便捷、功能多样的特点。

本发明相比传统的测量仪器(万用表、示波器、信号源)，本发明的电子元器件测试系统以意法半导体公司的STM32F103C8T6(32位)单片机作为核心处理器，该处理器具有64KB闪存，以及可以扩展非常丰富的模拟、数字、通信、定时和控制外设，可以轻松访问MCUI/O引脚。此款MCU产品采用ARM Cortex-M3内核，运行频率为72MHz，不仅具备更加强大的性能，还拥有更高的存储容量，为本测试控制提供了充分的保障。更具体地，本发明将电子元器件的测量和函数信号发生器的功能相结合提高了测试效率；采用CD4052芯片对测量电路进行选择和隔离，有效地防止了信号干扰，提高了测量精度；采用ESP8266-01sWIFI模块进行无线通讯，除输速率快外，同时增强了使用便捷性；利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，用了提高本测试系统的驱动能力。

本发明借助了虚拟仪器LabVIEW平台进行开发，能够用来建立直观、灵活的仪器控制面板，使得人机交互更为方便，带来传统仪器无法比拟的视觉体检和极高的灵活性是本系统最大的创新点。在硬件系统设计上，虽然系统的功能强大，但核心处理部分都集中在虚拟仪器和单片机的软件中，以至于电路简洁紧凑，减少系统负载，使得测试系统便于携带，增加了实用性，同时降低了成本；在软件系统设计上，程序能对不同类型的电子元器件(如电压、电阻、电感、电容、二极管)分别进行处理，针对性强，使得测试系统具有较高的灵活性和准确性；同时，在函数信号发生部分，可发生正弦波、方波、锯齿波等多个波形，满足了用户的绝大部分需要。

同时，本发明提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统有着传统测试平台(万用表、示波器、信号源)无可比拟的优越性。比如：基于虚拟仪器的电参数测量系统可以在LabVIEW上位机界面上清楚地看到电压、电阻信号变化的趋势图，可以对测量参数的数据进行存储、管理和调控；还可以根据测量对象的不同，通过改变通信刷新率从而改变数据采集的采样率，以提高采样精度等，这些都是基于传统测试平台所难以做到的。测试中，电阻的有效测量范围为：0-100K；电容的有效测量范围为：100pF-200uF；电感的测量范围为：10uH-10mH；电压的有效测量范围为：0-33V，满足测量要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统总体设计示意图。

图2是本发明实施例提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的构成图。

图3是本发明实施例提供的主控芯片接线图。

图4是本发明实施例提供的电源模块电路图。

图4(a)是本发明实施例提供的电源开关电路示意图。

图4(b)是本发明实施例提供的地分支示意图。

图4(c)是本发明实施例提供的-5V电源开关电路示意图。

图5是本发明实施例提供的函数信号发生电路图。

图6是本发明实施例提供的通道选择电路图。

图7是本发明实施例提供的参数测量电路图。

图7(a)是本发明实施例提供的电压测量电路示意图。

图7(b)是本发明实施例提供的电阻测量电路示意图。

图7(c)是本发明实施例提供的电感测量电路示意图。

图7(d)是本发明实施例提供的电容测量电路示意图。

图8是本发明实施例提供的WIFI模块接线及功能引脚图。

图9是本发明实施例提供的软件系统程序总流程图。

图10是本发明实施例提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

下面结合术语解释对本发明的技术方案作进一步描述。

一种采用LabVIEW虚拟仪器平台结合单片机硬件设计的电子元器件测试系统。一、硬件将待测元器件的测量值传入PC端，由软件自动进行处理、判断、存储并显示测量结果。二、PC端给硬件传输数据，输出函数信号，对待测元件进行仿真和测试。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及方法。

本发明涉及的技术方案为：基于LabVIEW虚拟仪器平台，设计一个电子元器件测试系统，本系统采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，利用NE555定时器组成电阻、电容、电感测量电路，然后通过CD4052芯片进行通道选择，获得待测元件的测量值，最后通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机，由软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。同理，上位机可给单片机传输数据，利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，完成基本函数信号输出，对待测元件进行仿真和测试，即满足了一些需要函数信号才能测试的元器件，如发光二极管。经过测试，本系统总体上达到测试的基本要求，有效的提高了测试效率。具有性价比高、使用便捷、功能多样的特点。

测试系统主要由测试控制系统、数据采集单元、数据通信单元、信号产生单元、设备接口等部分组成。其中测试控制系统主要作用是调配系统资源，完成对被测产品的测试，处理并显示测试结果；数据采集单元对被测元件的测试数据进行采集和转换；数据通信单元为硬件系统与虚拟仪器的桥梁，将采集到的数据传输到控制系统；信号产生单元为待测元件或电路提供必要的输入信号。电子元器件的测试系统设计可分为硬件系统设计和软件系统设计两个部分。

本方案的硬件系统可为电源模块电路、函数信号发生电路、参数测量电路、WIFI电路。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，硬件电路的电源模块电路中，电源模块为系统中其它各个模块提供所需要的电源，是本测试系统的基础和前提条件，因此设计稳定可靠的电源电路尤为重要。全部硬件电路的电源由18650锂电池提供(7.2V，2000mA)，由于电路系统由各个不同模块电路组成，所需要的供电电压和电流也有所不同。所以，需设计多个稳压电路完成。3.3V电压：主要为STM32F103C8T6单片机，ESP8266-01SWIFI模块提供电压。5V电压：主要为CH4052电路，RLC测量电路，DAC0832数模转换模块，指示灯及按键等接口电路。-5V电压：主要使LM358进入双电源工作状态，能输出正负电压。其中3.3V部分为核心部分，且容易受到干扰，可单独加一个稳压芯片，减少各模块之间相互干扰，减小噪声。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，硬件电路的函数信号发生电路中，函数信号发生器模块的功能是发出正弦波、方波、三角波等波形，为待测元件提供稳定、可靠、失真小的测试信号，确保测试参数的准确性。在本部分硬件电路中，方案采用的主要模块为DAC0832数模转换芯片，其采样频率为8位的D/A转换芯片，其价格低廉、接口简单、转换控制容易。该集成电路中有两个寄存器，使得DAC0832芯片具备了双缓冲，单缓冲和直通三种输入的方式。本设计采用双缓冲方式，即在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字信号，能有效地提高转换速率。TL431是可控精密稳压源，它的输出电压只需两个电阻就可以设置2.5V到36V内的任意值，噪声输出电压很低，本方案中它的输出电压作为DAC0832的VREF端口的输入电压。DAC0832输出端连接LM358双运算放大器，放大器的输出端接待测元件或电路板，提高了本系统的驱动能力。至此，函数信号的输出过程完成。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，硬件电路的参数测量电路分为电压测量电路、电阻测量电路、电感测量电路、电容测量电路四个部分。其中电压测量的硬件部分较为简单，主要由软件实现；电阻和电容的测量电路均采用RC多谐振荡电路；电感测量电路则采用电容三点式振荡电路。在实际测量操作中，测量哪种电子元器件就将对应的电路接入总电路中，接入的方法采用CD4052多路选择开关进行选择和隔离，有效地防止了各测量电路之间的信号干扰，提高了测量精度。此时测量模块所产生的特殊脉冲信号就通过CD4052的输出端口传入STM32F103C8T6单片机中，而单片机运用其定时器计数功能通过输入捕获累加的方式，获得待测元器件的的特定频率，经过多次采样，再进行一定的数据处理或滤波，最终得出待测电子元器件的参数值，再将计算得出的参数值输出传入LabVIEW上位机进行显示。至此，一次完整的参数测量过程完成。

进一步的，硬件电路的参数测量电路中，电压测量电路的硬件部分较为简单，也不需要通过CD4052芯片进行通道选择，其功能主要由软件实现。STM32F103C8T6的参考电压为3.3V，测量范围就局限在了0-3.3V，不满足本设计的实用性的要求，在本电路中采用了分压的方式，用了一个1K电阻和一个9K电阻较为简单且巧妙的将测量电压的范围提升为0-33V，满足了绝大部分的用户需求。同时，可采用本方法继续扩展电压的测量范围，本系统为保证电压的测量精度，量程暂定为0-33V，测量误差小于百分之一。

进一步的，硬件电路的参数测量电路中，电组测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻和电容组成RC多谐振荡电路，然后将待测的电阻接入对应的测量端口，产生相应的振荡脉冲传入CD4052芯片。进而传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，从而可计算出对应的频率，进一步通过对应算法获得待测电阻值。本电阻测量电路的功能为测量电阻，其实际测量范围为0-100K，但考虑到测量精度，测量的电阻不应小于100欧，测量误差即可小于百分之一。

进一步的，硬件电路的参数测量电路中，电容测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻和电容组成555多谐振荡电路，然后将待测的电容接入对应的测量端口，产生相应的振荡脉冲传入CD4052芯片，再传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，与电阻测量的原理相似。本电容测量电路的功能为测量电容，其实际测量范围为100pF-100uF，满足绝大部分电容型电子元器件。

进一步的，硬件电路的参数测量电路中，电感测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻、电容和三极管组成电容三点式振荡电路，其振荡电路的主要部分为电容和电感组成的回路。与上文提到电阻测量电路的RC多谐振荡相比，相对复杂一些。同样，首先将待测的电感接入对应的测量端子，产生相应的振荡脉冲传入CD4052芯片。进而传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，从而可计算出对应的频率，进一步通过对应算法获得待测电阻值。本电感测量电路的功能为测量电感，其实际测量范围为10uH-10mH。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，硬件电路的WIFI模块电路中，WIFI模块电路采用ESP8266-01S芯片实现单片机和LabVIEW上位机通信。ESP8266负责上网连接WIFI，通过单片机的UART将其添加在STM32F103C8T6单片机中，实现与PC端的LabVIEW上位机通信。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，硬件电路的电路板设计中，采用Altium Designer软件平台设计PCB电路板，设计出的PCB板具有良好电路性能和散热性能。在满足了可靠、高效的前提下，尽量的减少了元器件的使用数量，减小了PCB板的面积，从而方便携带和使用。本方案中电路板长为8.00cm，宽为7.20cm。简洁且紧凑，节约空间。

基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的软件系统是设计的关键部分，主要的可分为单片机软件单元，LabVIEW上位机软件单元，WIFI通信软件单元三个部分。其中单片机软件单元可分为参数测量控制器和函数信号发生控制器；LabVIEW上位机软件单元可分为系统界面设计和程序框图设计。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，单片机软件单元的参数测量控制器中，参数测量控制器指的是电压、电阻、电感、电容的测量。其控制器的作用，是接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，然后通过CD4052将对应的电路接入，555定时器产生特定频率的脉冲信号，STM32单片机运用定时器功能，对此脉冲信号进行输入捕获，经过数据处理和计算，从而完成待测元件参数测量。单片机内的参数测量控制器的设计就是对传来的特定脉冲信号进行处理，得出待测元件的参数值。本系统中的电容、电阻、电感的测量均采用此方法，而电压测量直接用将电压测量电路的输出端接入STM32单片机的ADC转换接口实现测量。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，单片机软件单元的函数信号控制器中，函数信号控制器指的是发出正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形。其控制器的作用，是接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，利用DAC0832数模芯片和LM358放大器组成的函数信号发生电路，完成不同类型的函数信号输出。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，LabVIEW上位机软件单元的系统界面设计中，系统界面指的是LabVIEW上位机的前面板，在整个虚拟仪器中具有十分重要作用。在本系统中，可对待测元件、函数信号发生进行参数设置、结果显示等操作，需借助图形化编程方式实现。这就对测量系统的操作界面提出较高要求，必须满足简单、直观、可操作性强等基本要求，方便用户使用和控制。本系统的前面板主要包括WIFI连接、函数信号信号发生器、电压电阻测量、电感电容测量四个部分。函数信号发生器界面中参数设置包括函数信号类型、幅值、频率、占空比以及持续时间，并通过波形图来显示。各类电参数的测量借助于系统前面板波形图，能够实现待测电子元器件信号变化情况的实时显示，便于用户观察。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，LabVIEW上位机软件单元的程序框图设计中，在LabVIEW的程序框图中，前面板界面的每一个界面都对应一段程序框图，由端口、节点、图框和连线构成，采用LabVIEW图形化编程语言。其中，端口用于对前面板进行控制、显示和传递数据；节点用于函数和功能调用；图框用于结构化程序控制；连线代表程序的数据信号流，可描述信号流方向。本方案的程序框图主要由WI-FI连接、数据接收和数据发送三个部分构成。数据发送程序框图工作流程为：打开对应的测量开关，创建成一个数组，进行字符串转换，字符串开头加上“X”和末端加上回车(通信协议)，最后写入TCP。数据接收程序框图，以读取电压值为例，其工作流程为：TCP端传来数据，去除头末两端，识别“V”(通信协议)，读取电压值，创建数组并显示在示波器中。

更具体地，在所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，WIFI通信软件单元中，WI-FI通信软件设计功能为，实现STM32F103C8T6单片机与PC端LabVIEW相互通信。本方案采用ESP8266-01S芯片，将其设置为透传模式。使得WIFI模块接通电源就能自动连接服务器，进入透传模式发送数据，每个数据包最大2048字节，或者每包数据以20ms间隔区分。设置步骤见具体实施案例。

本发明的另一目的在于提供一种构建所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的组装方法，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的组装方法包括：第一步，进行元器件的选择与安装；第二步，设计与制作硬件电路(PCB板绘制)；第三步，元件组装(确定元器件安装位置)；第四步，软件控制系统设计(单片机程序、PC端上位机、通信协议)；第五步，硬件系统改良、测试功能并改良测试系统。

综上所述，本发明的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统有着传统测试平台(万用表、示波器、信号源)无可比拟的优越性。比如：基于基于虚拟仪器的电参数测量系统可以在LabVIEW上位机界面上清楚地看到电压、电阻信号变化的趋势图，可以对测量参数的数据进行存储、管理和调控；还可以根据测量对象的不同，通过改变通信刷新率从而改变数据采集的采样率，以提高采样精度等，这些都是基于传统测试平台所难以做到的。测试中，电阻的有效测量范围为：0-100K；电容的有效测量范围为：100pF-200uF；电感的测量范围为：10uH-10mH；电压的有效测量范围为：0-33V，满足测量要求。

实施例2

下面将参照附图对本发明的一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法的实施方案进行详细说明。

参考图1测试系统总体设计方案，测试系统主要由测试控制系统、数据采集单元、数据通信单元、信号产生单元、设备接口等部分组成。其中测试控制系统主要作用是调配系统资源，完成对被测产品的测试，处理并显示测试结果；数据采集单元对被测元件的测试数据进行采集和转换；数据通信单元为硬件系统与虚拟仪器的桥梁，将采集到的数据传输到控制系统；信号产生单元为待测元件或电路提供必要的输入信号。

参考图2测试系统构成图，本系统采用STM32F103C8T6作为单片机处理单元，利用数据采集端子对待测元件进行数据采集，传入单片机，获得待测元件的测量值，最后通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机，由软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。同理，上位机可给单片机传输数据，完成基本函数信号输出，即满足了一些需要函数信号才能测试的元器件，如发光二极管或电路板。

参考图3主控芯片接线图，本方案采用的是STM32F103C8T6最小系统的核心板，自身已经带有了指示灯电路、晶振电路、USB接口电路和复位电路，这里仅针对主控功能接线进行详细说明。PA0-PA7 8个接口为函数信号发生器的功能实现端口，PB0为电压测量端口，PB10为DHT11温湿度功能接口(本方案未采用)，PB3-PB6为按键接口，PB7和PB8为指示灯接口，PB12-PB14为RLC测量功能实现端口，PA8-PA9为ESP8266通信接口。具体如图4.1STM32F103C8T6主控接线图所示。

参考图4电源模块电路图，电源模块为系统中其它各个模块提供所需要的电源，是本测试系统的基础和前提条件，因此设计稳定可靠的电源电路尤为重要。全部硬件电路的电源由18650锂电池提供(7.2V，2000mA)，由于电路系统由各个不同模块电路组成，所需要的供电电压和电流也有所不同。所以，需设计多个稳压电路完成。主要有3.3V电压：主要为STM32F103C8T6单片机，ESP8266-01S WIFI模块提供电压。5V电压：主要为CH4052电路，RLC测量电路，DAC0832数模转换模块，指示灯及按键等接口电路。-5V电压：主要使LM358进入双电源工作状态，能输出正负电压。

其中3.3V部分为核心部分，且容易受到干扰，可单独加一个稳压芯片，减少各模块之间相互干扰，减小噪声。此外，本方案设计了地分支(VGND，MGND，SGND)，也是为防止信号相互干扰，其中主控芯片和WIFI模块的电路采用VGND，电压、电阻、电感、电容的测量电路因产生的都是数字信号，故采用SGND(数字信号接地)，函数信号发生器电路采用MGND(模拟信号接地)。其中3.3V在STM32F103C8T6最小系统核心板上。

参考图5函数信号发生电路图，本系统DAC0832外接了LM358双运算放大器。其内部具有有两个相对独立的、高增益、频率补偿的放大器。它广泛的用于电源供电的运算放大器的场合，此处用于提高本系统的驱动能力。TL431是可控精密稳压源，它的输出电压只需两个电阻就可以设置2.5V到36V内的任意值，噪声输出电压很低。本设计中它的输出电压作为DAC0832的VREF端口的输入电压。具体地，DAC0832的DI0-DI7与单片机的PA0-PA7连接，

参考图6通道选择电路图，CD4052是差分四通道数字控制模拟开关器件，能通过单片机控制传来的数据，完成不同测量电路接入总电路开通关闭功能。选择过程：测量电感型元件时，STM32F103C8T6主控芯片将PB12置0，PB13置0即可；同理，测量电阻型元件时，将PB12置0，PB13置1；测量电容型元件时，将PB12置1，PB13置0；CD4052接收到指令后，将对应的测量电路接通，完成电路匹配过程。更具体地，CD4052的X0-X3端口与对应的测量电路相连；A和B端口分别与单片机的PB12，PB13相连；X输出端口与单片机的PB14相连，将测得的频率传入芯片。

参考图7参数测量电路图，(a)电压测量电路，本方案中电压测量的硬件部分较为简单，也不需要通过CD4052芯片进行通道选择，其功能主要由软件实现。STM32F103C8T6的参考电压为3.3V，测量范围就局限在了0-3.3V，不满足本设计的实用性的要求，在本电路中采用了分压的方式，用了一个1K电阻和一个9K电阻较为简单且巧妙的将测量电压的范围提升为0-33V，满足了绝大部分的用户需求。同时，可采用本方法继续扩展电压的测量范围，本系统为保证电压的测量精度，量程暂定为0-33V，测量误差小于百分之一。具体地，单片机的PB0接口接在R1电阻和R2电阻之间，Fx1端子为待测元件的测量端口。

(b)电阻测量电路，本电阻测量电路的功能为测量电阻，其实际测量范围为0-100K，但考虑到测量精度，测量的电阻不应小于100欧，测量误差即可小于百分之一。具体地，电阻测量电路由测量端子、RC振荡电路和NE555定时器芯片组成；其中，RX为测量端子，测量端子的引脚1通过电阻R8与NE555定时器芯片的引脚TRIG、引脚THR相连，测量端子的引脚2与NE555定时器的引脚DISC相连；RC振荡电路中的电容C2一端与NE555定时器的引脚CVOLT相连，另一端接地；RC振荡电路中的电容C9一端与NE555定时器的引脚TRIG、引脚THR相连，另一端接地；RC振荡电路中的电阻R3一端与NE555定时器的引脚DISC相连，另一端与NE555定时器的引脚RST、引脚VCC相连。最后，NE555定时器的引脚OUT与CD4052型多路选择开关芯片的引脚X1相连，此时电阻测量模块产生的脉冲信号就通过CD4052传入单片机中，经过运算得出相应的电阻参数值。

(c)电感测量电路，本电感测量电路的功能为测量电感，其实际测量范围为10uH-10mH。具体地，所述电感测试电路由测量端子、三点式电容振荡器和NE555定时器芯片组成；其中，LX为电感测量端子，测量端子通过连接三点式电容振荡器与NE555定时器相连。然后，NE555定时器的引脚OUT与CD4052型多路选择开关芯片的引脚X1相连，此时电阻测量模块产生的脉冲信号就通过CD4052传入单片机中，经过运算得出相应的电感参数值。

(d)电容测量电路，本电容测量电路的功能为测量电容，其实际有效测量范围为100pF-100uF，满足绝大部分电容型电子元器件。具体地，电容测量电路由测量端子、RC振荡电路和NE555定时器芯片组成；其中，CX为电容测量端子，CX测量端子的引脚1接地，引脚2与NE555定时器的引脚TRIG、引脚THR相连；RC振荡电路中的电容C16一端与NE555定时器的引脚CVOLT相连，另一端接地；RC振荡电路中的R18一端与NE555定时器的引脚DISC相连，另一端与NE555定时器的引脚RST、引脚VCC以及电源相连；RC振荡电路中的R19一端与NE555定时器芯片的引脚DISC相连，另一端与测量端子的引脚2相连。最后，NE555定时器的引脚OUT与CD4052型多路选择开关芯片的引脚X1相连，此时电感测量模块产生的脉冲信号就通过CD4052传入单片机中，经过运算得出相应的电容参数值。

参考图8WIFI模块接线及功能引脚图，本方案的WIFI模块电路功能为实现单片机和LabVIEW上位机通信。具体地，ESP8266的接收端与单片机UART1的发送端相连，ESP8266的发送端与单片机的UART1的接收端相连；ESP8266的引脚CH-PD，引脚VCC均接3.3V；引脚GND接地。

参考图9软件系统程序总流程图，本软件系统设计中主要的可分为单片机软件单元，LabVIEW上位机软件单元，WIFI通信软件单元三个部分。其中单片机在本测量系统中主要作为参数测量控制器和函数信号发生控制器，其软件设计对应着两个控制器的程序设计；WIFI通信采用ESP8622-01S芯片；LabVIEW上位机软件单元。

更具体地，软件系统程序总流程图中的参数测量控制器指的是电压、电阻、电感、电容的测量。控制器的作用，是接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，然后通过CD4052将对应的电路接入，555定时器产生特定频率的脉冲信号，STM32单片机运用定时器功能，对此脉冲信号进行输入捕获，从而完成待测元件参数测量。单片机内的参数测量控制器的设计就是对传来的特定脉冲信号进行处理，得出待测元件的参数值。本系统的电压测量直接用STM32单片机的ADC转换实现测量，下面将对电阻、电感、电容的测量算法进行说明。

电阻测量：其中T1为电容充电时间，T2为电容放电时间，R1＝1k，R2＝1k，Rx为待测电阻。计算公式与RC振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式3由公式2演变，通过程序编写公式3即可计算出待测电阻Rx。

T＝T

电容测量：与电阻测量方法基本一致，其中R1＝1k，R2＝1k，Cx为待测电容。计算公式4与RC振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式6由公式5演变，通过程序编写公式5即可计算出待测电容Cx。

T＝T

电感测量：电感测量采用的是电容三点式振荡，与上述的电阻、电容测量原理不同。其中C1，C2均已知，Lx为待测电容。计算公式7与电容三点式振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式9由公式8演变，通过程序编写公式6即可计算出待测电容Lx。

更具体地，软件系统程序总流程图中的函数信号控制器，函数信号控制器指的是发出正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形。其控制器的作用，是接收LabVIEW传来的开关信号进行识别，利用DAC0832数模芯片组成的函数信号发生电路，完成不同类型的函数信号输出。下面将以正弦波为示例说明单片机实现函数信号发生的过程。其它函数信号的实现方法与其基本一致。

为设计Y＝sin(N)，本方案选择N＝128，即一个完整的基本的正弦信号的取样周期有128个数据信号点组成，决定了其精度。将数据存储到STM32F103C8T6单片机的RAM当中，根据所要的频率来取得信号数据的多少，点数多少的计算如下：

N＝T/2t (10)

M＝128/N (11)

其中，N表示取样点数，T表示所选择的波形信号的周期，t表示定时器设置的采样时间长短，即从RAM中取得点数的间隔为M＝128/N。其中M表示在RAM中取得点数的间隔，根据不同的间隔的点数决定产生一个波形信号的完整性。本设计中要求信号的最高产生的频率为1KHZ，根据香农定理，采样的周期最少要为所要信号的周期的两倍，但是为了更好的保证信号的完整输出，至少要让它采样20个点才能输出完整波形，就要求采样的频率为他的20倍即10KHZ。定时器设置的采样时间的大小为50us。

LabVIEW上位机程序框图，在LabVIEW的程序中，前面板界面的每一个界面都对应一段程序框图，由端口、节点、图框和连线构成，采用LabVIEW图形化编程语言。其中，端口用于对前面板进行控制、显示和传递数据；节点用于函数和功能调用；图框用于结构化程序控制；连线代表程序的数据信号流，可描述信号流方向。电参数测试测量系统主要由WI-FI连接、数据接收和数据发送三个部分构成。数据发送程序框图大致工作流程为：打开对应的测量开关，创建成一个数组，进行字符串转换，字符串开头加上“X”和末端加上回车(通信协议的识别)，最后写入TCP。数据接收程序框图，以读取电压值为例，其大致工作流程为：TCP端传来数据，去除头末两端，识别“V”，读取电压值，创建数组并显示在示波器中。

LabVIEW上位机测试中LabVIEW上位机作为开关控制器，STM32F103C8T6单片机作为参数测量控制器和函数信号控制器，ESP8266通信模块作为二者的连通器，组成了测试控制系统；此外，加上数据采集单元、信号输出部分、数据显示部分便组成了整个基于虚拟仪器的电参数测量系统。各模块进行合并功能后就具有了完整性。本测试系统的操作流程：首先，在LabVIEW按下输入IP地址、端口号以及刷新时间，连接WIFI，指示灯点亮即操作正确；接下来打开对应的开关按钮即可对电压、电阻、电容、电感进行测量；通过调节函数类型组合框，幅值、频率、占空比、持续时间等数值输入控件按钮，函数信号发生器发出即可期望信号。

如图10所示，本发明实施例提供的基于虚拟仪器的电子元器件测试方法包括以下步骤：

S101，基于LabVIEW虚拟仪器平台，采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，利用NE555定时器组成电阻、电容、电感测量电路；

S102，通过CD4052芯片进行通道选择，获得待测元件的测量值；

S103，通过ESP8266模块使得单片机与LabVIEW平台进行通信，将测量值传入LabVIEW上位机；

S104，通过软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。