應用背景與動機

在工廠生產線上的測試驗證，對於音頻訊號的量測分析，以往都是使用Audio Precision及其所附之軟體ATS來做處理，其軟硬體在業界廣為使用，且具有一定之可信度。但是，其音頻分析，都是針對單一音頻（single tone）來做處理，不但分析上耗費時間過長，操作界面也不易操作，重要的是所需軟硬體造價不貲，加上開發時間長；如果想多開設幾條生產線，成本跟時間都是一筆相當大的支出。再來，由於客戶提出多增列一項多音頻（multi-tone）測試項目，對於整體生產成本更是不小的負擔。所以，選擇一低成本、處理時間短與操作簡單的替代方案是勢在必行，此系統不但要具有簡易的操作界面，好在短時間內可將測試設備轉移給生產線工程人員，還必須兼顧整體測試之經濟成本與時效性，提昇生產效率。

研究之問題及目的

所以，在評估此方案上，成本上的考量雖列為首要，但仍須兼顧測試的精確度。選擇由NI的可攜式DAQ Card作為訊號擷取的工具，除了其產品穩定性高且效能符合目標外，加上具有十六個通道可以使用，在擴充性上也具有其優勢。另外，LabVIEW軟體發展易操作的人機界面，作為控制DUT輸出訊、DAQ Card擷取訊號以及訊號分析處理之用。

LabVIEW及DAQ Card來取代Audio Precision及ATS之可行性上，主要取決於硬體的效能，選用可攜式USB界面的DAQPad-6015，其解析度為16 bits，雖然其最大取樣率200KHz，且可使用之Input Channel數為十六個，但在解析度上比Audio Precision的24 bits來的差，在原始訊號的精確度上可能會是很棘手的問題。而且，因為DUT的音頻輸出分為左右聲道，對於使用單一放大器的DAQPad-6015來說，在擷取過程中，如何避免音頻訊號產生串音現象，也是該注意著墨的重點。

在與DUT溝通方面，則以RS-232作為I/O介面，再配合客戶所制訂之通訊協定指令來加以控制，但因為LabVIEW無法順利呼叫客戶所提供之DLL檔。所以，必須先使用VC++再編譯一層DLL檔，建立新的API後，再提供給LabVIEW來呼叫使用。

最後，在訊號分析上則使用FFT（Fast Fourier Transform：快速傅立業轉換）演算法來求得所擷取之Multi-Tone音頻訊號，再根據客戶所要求的測試項目，如THD+N、SNR，以及左右聲道的Balance、Isolation及各音頻對於1K Tone的差值。以上測試結果除了會顯示於人機界面上外，並存檔客戶所要求之格式，透過網路存檔到資料庫中。

以上控制及分析動作全部以LabVIEW來完成，藉由人機操作界面，可完全取代Audio Precision及ATS，成為生產線測試驗證系統。如此除了成本可以降低之外，測試程式開發與測試的時間也可減少一半以上。

研究流程及設計

在系統設計初期，由於硬體的解析度不同，擔心會對所擷取的原始音頻訊號，在精確度上產生差異，並影響FFT之後的結果，所以，特別針對兩種硬體所擷取的音頻訊號做過比對，並比較其在頻譜上的差異。因為從兩種不同設備所擷取的原始訊號在比較上是幾乎無差距，但經由頻譜觀察，由DAQ Card所得之頻譜在Noise Flow上是大於Audio Precision，但此差異並不影響分析之結果。

另外，針對客戶所提供之DLL檔，由於檔案裡頭含有Structure之檔案，LabVIEW無法順利使用Call Library Function Node這個元件去呼叫Structure檔，雖然可以在LabVIEW環境下重新建立Structure檔案中的變數，但因為數量太多，若以LabVIEW來建立會太過繁瑣。所以，使用VC++將客戶所提供之DLL檔再編譯一層，並訂定新的API，提供給LabVIEW來呼叫，在經過多次驗證後，確認新的DLL檔可供呼叫使用。

進行多音頻訊號分析系統環境架設，如(圖一)所示，以桌上型電腦作為系統處理中樞，使用主機原有的通訊界面，RS-232及USB，分別連接測試DUT的治具及DAQPad-6015，作為控制溝通及資料擷取之用；並用PS/2連接條碼掃瞄機，分別掃瞄治具及DUT上的條碼，作為測試結果檔名之用，建立一套PC-Based的分析系統。

《圖一 多音頻訊號分析系統硬體架構示意圖》

在確定硬體架構後，開始進行系統軟體設計，流程如(圖二)所示。

《圖二 多音頻訊號分析系統軟體設計流程圖》

因為架設的測試治具只有一台，所以，治具的條碼序號只需在第一次使用時掃瞄即可，並將條碼存至Windows系統下的登錄檔中，待測試成功結束與測試結果一同存至檔案中，以簡化每次測試都得再掃瞄一次的困擾。在主要過程中，以控制DUT輸出Audio訊號為首要目標，藉由RS-232傳遞控制指令至DUT，此步驟需呼叫以VC++編譯成之DLL，對DUT進行Open Comport及Set Power指令，並判斷DUT是否正常動作，再接著進行Set Channel動作，使得DUT可順利接收由SMIQ（Signal Generator，Rohde & Schwarz）所發射之高頻訊號，並由左右聲道輸出音頻訊號。接著，控制DAQPad-6015，擷取左右聲道的Multi-Tone訊號，並對訊號的正確性進行判讀，為避免訊號產生串音現象，在DAQ Card的接線上，以AI0接到左聲道，而AI2接到右聲道，AI1及未使用之通道則連結至AI Sense。然後進行FFT得到多音頻訊號之功率頻譜圖，同時偵測出多音頻訊號各頻率點之振幅，再進行THD+N、SNR、Balance、Isolation等運算，並將其測試結果顯示於人機界面上並存檔。

＠大標:結果呈現

經由上述之研究方法及流程後，多音頻訊號分析系統終於完成，其人機界面如(圖三)所示。

《圖三 多音頻量測分析系統---針對一台DUT測試使用》

人機界面操作說明如下：

針對以上兩點需求，遂修改測試程式，如(圖四)所示。將修改重點擺放在測試結果的顯示上，取消前版系統上的編號1、2、4，保留編號3、5、6及7四項，並將編號6的圖示再放大，且在程式執行中先隱藏，提醒使用者測試正在進行中，直至訊號分析完畢，再顯示結果為PASS或NG，以符合產線作業上的需求。

在硬體方面，考慮DAQ Card採樣率及避免Cross Talk問題，因為此張DAQ Card為單一放大器，其可提供之最大採樣率為200KHz，而擷取DUT輸出之多音頻訊號的採樣率為32KHz，所以總共可供六個通道使用，但為了產線人員架設方便，且程式撰寫上的一致性，便設計一張DAQPad-6015只能擷取四個通道的資料，也就是兩台DUT。所以，需再增加一張DAQPad-6015來達到硬體上的需求。另外，修改人機界面上的測試結果顯示，單純以PASS或NG來表現測試結果的良窳。

《圖四 多音頻量測分析系統—針對四台DUT測試使用》

人機界面操作說明如下：

結論與建議

經由上述反覆地設計驗證之後，此測試分析系統已經順利完成，並（再次）轉移至生產線來使用，簡易的人機操作界面也符合產線作業員需求；快速地量測與分析速度，更縮短整個生產測試時間，提昇生產效率。雖然在開發過程中曾經以另一張效能更好的DAQ Card，PCI-4474，來取代DAQPad-6015，但礙於成本的考量只好割愛，轉而專注在訊號的處理與硬體抗雜訊方法上，並藉由多次的實驗，以不同的分析方式來得其最佳的效果。

最後，此系統除了比原系統降低成本之外，在多通道的擴充使用上也極具優勢，加上開發完成的時間更是比預期來的短，而且在系統移轉上更是方便。（作者為啟碁科技工程師）

延 伸 閱 讀

在LabVUEW環境下，使用者除了可以使用LabVIEW所提供在Control Pallet上的元件（Control或Indicator）外，更可以利用Edit Customize Control功能，來改變顯示在Front Panel上元件的外觀。除了可以自訂元件之外，LabVIEW還針對需要使用大量控制元件來開發程式的LabVIEW使用者，提供了絕對型別定義（Strict Type Definitions）功能。相關介紹請見「透過絕對型別定義（Strict Type Definition）」一文。 LabVIEW使用來做儀器自動控制的工具，使用LabVIEW來做一些實驗數據的讀取，通常，讀取到的資料量都相當少。在工廠中，數以百計的儀器都需要使用LabVIEW做儀器自動控制，每一台儀器又會產生一些資料檔或是記錄檔，此時將資訊分存於單獨的電腦中，會造成資料分散，所以需要將資料存放於資料庫中。你可在「使用LabSQL，進行資料庫存取」一文中得到進一步的介紹。 利PCMCIA介面的DAQ卡取代傳統笨重的數位式波器擷取訊號，並以LabVIEW開發系統整合程式，以完成繁雜的訊號處理、分析及硬體控制。由上述方式所開發的自動化檢測系統，除大幅提昇實驗室內實驗數據量測與分析效率外，亦使成熟的檢測理論能迅速轉移至產業技術的應用。在「虛擬儀控在彈性波非破壞檢測技術之應用」一文為你做了相關的評析。

市場動態

美商ADI和NI公司日前發表NI LabVIEW Embedded Module for ADI Blackfin Processors。該立即可用的整合方案延伸了LabVIEW圖形化資料開發環境，並以高效能、低電力的Blackfin處理器為目標，使網域專家只要利用一個圖形化開發平台，便能克服嵌入式系統開發的挑戰，迅速推出精密的應用程式。相關介紹請見「NI LabVIEW結合ADI Blackfin處理器簡化嵌入式系統開發」一文。 微軟公司選擇NI LabVIEW及PXI產品，做為Xbox 360遊戲及娛樂系統控制器的測試平台。這套虛擬儀控解決方案原本是在微軟的設計認證實驗室中開發，最近已經佈署至生產線，應用於測試每一部Xbox 360控制器。你可在「微軟選擇NI LabVIEW及PXI產品測試 Xbox 360控制器，測試時間有效縮短50%」一文中得到進一步的介紹。 日本NI發表NI DAQPad-6015、NI DAQPad-6016、NI USB-9211、NI USB-9215和NI SCXI-1600五款支援USB的數據採集器。主要用於車載數據採集等安裝空間有限的情況。DAQPad-6015和6016為16位精度，單通道最大採樣頻率為每秒20萬。兩種產品均配備螺絲介面，不必購買連接線和介面即可使用。在「日本NI上市五款USB數據採集器」一文為你做了相關的評析。