基于CPLD芯片EPM7128實(shí)現(xiàn)多功能測試系統(tǒng)的應(yīng)用方案

引言

該多功能測試箱是一種新型專用測試儀器，其用途是為某一專用產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試、維護(hù)而設(shè)計(jì)開發(fā)的，本測試箱的研制成功為生產(chǎn)和使用該專用產(chǎn)品的單位提供一種快速、高效的測試工具。該測試箱既可以接收被測試產(chǎn)品的數(shù)字量或模擬量信號并進(jìn)行處理，然后把所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)；也可以直接接收上位機(jī)的命令，并把上位機(jī)命令經(jīng)過本測試箱的處理，控制被測試產(chǎn)品的工作；還可以進(jìn)行其它輔助功能的工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1系統(tǒng)工作原理

該測試系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

上位機(jī)與測試箱的通訊是雙向的，接口電路選用標(biāo)準(zhǔn)串行接口芯片MAX232。89C51采用11.0592MHz振蕩器。數(shù)據(jù)傳輸速度選用9600波特率。傳輸方式選用方式1。

被測試產(chǎn)品輸入的數(shù)字信號，通過光電耦合后，掛在兩個八重3狀態(tài)驅(qū)動器LS245上，在邏輯電路的控制下，讀入微處理器。

被測試產(chǎn)品輸入的模擬信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器的處理，變成±10V范圍的信號，在邏輯電路的控制下，由16選1模擬開關(guān)AD7506選擇其一，由12位并行輸出模∕數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1674轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，讀入微處理器。

測試箱發(fā)送給被測試產(chǎn)品的數(shù)字控制信號鎖存于邏輯電路中，經(jīng)過驅(qū)動后控制繼電器的工作；測試箱發(fā)送給被測試產(chǎn)品的模擬控制信號鎖存于邏輯電路中，在邏輯電路的控制下，先把該控制信號中的數(shù)值鎖存于各自的數(shù)∕模轉(zhuǎn)換器AD767內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器中，再進(jìn)行D∕A轉(zhuǎn)換，變?yōu)槟M信號輸出。AD767是并行輸入、電壓輸出的12位數(shù)∕模轉(zhuǎn)換器。對于要求的高壓信號由高壓運(yùn)算放大器OPA445、OPA3583產(chǎn)生完成。

模數(shù)∕轉(zhuǎn)換、數(shù)∕模轉(zhuǎn)換過程都是在微處理器的控制下自動完成的。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)測試被測設(shè)備的16路數(shù)字信號和16路模擬信號，經(jīng)過處理，把所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送給上位微機(jī)；又接收上位微機(jī)的命令，經(jīng)過處理，發(fā)送給被測設(shè)備64路數(shù)字信號和8路模擬信號，控制被測設(shè)備的工作。

3.1 EPM7128簡介

EPM7128是美國Altera公司生產(chǎn)的CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）芯片，其內(nèi)部有2500個門可用，128個宏單元，允許對外有68個輸入、輸出引腳。該CPLD可編程邏輯器件支持在線現(xiàn)場可編程操作，只要用一根專用電纜接到芯片的特定引腳上，無需拆下芯片，不需要編程器及芯片適配器，通過上位機(jī)打印口就可對芯片編程。

3.2 16路數(shù)字/模擬輸入信號邏輯電路

被測試設(shè)備的16路模擬信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大整形隔離后，掛在16選1模擬開關(guān)電路AD7506上。需要轉(zhuǎn)換某一路為數(shù)字時，首先由邏輯電路控制AD7506選通某一路。其邏輯電路由四∕十六 數(shù)字譯碼器74LS154和六重?cái)?shù)據(jù)觸發(fā)器74LS174組成。74LS174的輸出端與AD7605的地址端口A、B、C、D和片選端口CS相連。74LS174的鎖存由74LS154完成。邏輯電路控制AD7506選通某一路的方法是：把要轉(zhuǎn)換的某一路模擬信號的16進(jìn)制地址代碼和AD7506片選信號，存于邏輯電路中的六重?cái)?shù)據(jù)觸發(fā)器74LS174中即可。以后就是由12位模∕數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1674進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換的邏輯電路由74LS154和六重?cái)?shù)據(jù)觸發(fā)器74LS174組成。74LS174的輸出端與AD1674的控制端口CE、A0/SC、R/C、12/S和片選的端口CS相連。74LS174的鎖存由74LS154完成。AD1674的12位輸出數(shù)字端口，與單片機(jī)的P0端口連接。按照AD1674的轉(zhuǎn)換要求向IC21 74LS174鎖存相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行A/D的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取。對AD7506、AD1674應(yīng)用時再加片選信號，可使芯片時通時斷，不致于因長期加電工作而發(fā)熱，導(dǎo)致?lián)p壞，或不能正常工作，也節(jié)約了電能。同時為減輕單片機(jī)P0口的負(fù)擔(dān)，AD1674的轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)的P1口分兩次讀?。?］。

3.3 64路數(shù)字/8路模擬輸出信號邏輯電路

控制被測試設(shè)備工作的64路數(shù)字信號，其16路基本信號先鎖存于邏輯電路中的兩個74273鎖存器IC32、IC33中，經(jīng)過兩個AN8203驅(qū)動后，控制16個繼電器工作，產(chǎn)生64路數(shù)字信號。兩個鎖存器的數(shù)據(jù)鎖存由74LS154完成。64路數(shù)字輸出信號控制的邏輯電路原理圖如圖4所示。

控制被測試設(shè)備工作的8路模擬信號，先把12位要轉(zhuǎn)換的數(shù)值，存放于邏輯電路中的74LS273和74LS173中，再用74LS154選通其中一路12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器AD767轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生的模擬信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行整形放大，當(dāng)然也有個隔離作用，然后控制被測設(shè)備工作。

4 軟件設(shè)計(jì)

測試箱系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)程序是比較理想的。程序使用MCS51匯編語言編制，程序短小精悍，運(yùn)行速度快。系統(tǒng)加電后程序自動啟動，開始運(yùn)行，先執(zhí)行完系統(tǒng)初始化程序后，便等待中斷，準(zhǔn)備執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的各項(xiàng)命令［3］。測試箱的程序流程框圖如圖5所示。

為了簡化用戶的操作，我們對上位微機(jī)的所有命令進(jìn)行分析研究，歸納總結(jié)六條命令。其中四條為單字節(jié)命令，兩條為雙字節(jié)命令。這樣處理，用戶操作起來方便簡單。上位機(jī)發(fā)出的命令及其功能如下：

A、 0X：上位微機(jī)要求讀取產(chǎn)品輸入給測試箱的一路模擬量，X為通道號，取值范圍為0~F。測試箱接到上位微機(jī)的命令后，控制該路模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)果以兩個字節(jié)送給上位微機(jī)。前一字節(jié)為數(shù)據(jù)的高八位，后一字節(jié)的高四位為數(shù)據(jù)的低四位，后四位為通道號。

B、 10 ：上位微機(jī)命令測試箱自檢。測試箱自檢后，結(jié)果返回上位微機(jī)。

C、 2X：上位微機(jī)要求讀取產(chǎn)品輸入給測試箱的一路數(shù)字量，X為通道號，取值范圍為0~1。測試箱讀取該路產(chǎn)品輸入的數(shù)字量，以一個字節(jié)送給上位微機(jī)。

D、 3X：其它功能。

E、 4X XX：這是一條雙字節(jié)命令，上位微機(jī)要求通過測試箱的發(fā)送給產(chǎn)品的一路數(shù)字量，前X為通道號，取值范圍0~1。后兩個X，X取值范圍為0~F，XX是一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。測試箱把該數(shù)據(jù)鎖存在其通道上，控制產(chǎn)品工作。

F、 XX XX：這也是一條雙字節(jié)命令。雙字節(jié)命令僅此兩條。上位微機(jī)要求通過測試箱發(fā)送給產(chǎn)品一路模擬量。前X為通道號，X取值范圍為8~F。后三個X數(shù)據(jù)，X取值范圍為0~F，XXX是12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。測試箱把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號，并作處理，發(fā)送給產(chǎn)品。

程序的這樣處理，有利于測試箱功能的進(jìn)一步開發(fā)，滿足用戶的更多要求。

4 結(jié)束語

該多功能測試箱的研制成功，解決了生產(chǎn)第一線的急需，也解決了用戶的維修困難。通過專家評定，具有國內(nèi)領(lǐng)先水平。本測試箱經(jīng)過用戶使用，性能可靠，提高了測試效率和質(zhì)量，減少了測試現(xiàn)場的勞動強(qiáng)度和人為因素引起的記錄與計(jì)算誤差，為現(xiàn)場測試的自動化與測試數(shù)據(jù)的科學(xué)管理提供了基本條件。根據(jù)技術(shù)合同，該測試箱精度高，抗干擾效果好，性能穩(wěn)定，工作可靠，便于維護(hù)維修，操作簡單方便，且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，得到用戶好評。以后，可在改進(jìn)型中增加更多的功能。

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