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滄州煜爍偉業電子有限公司

技術信息

多通道綜合化控制臺通用測試

發布日期:2021-3-10
  通信系統多通道綜合化控制臺種類繁多,現有工裝數量較少并且分散,如若逐一生產制造調試工裝會增加成本[1]。本工裝設計充分考慮了調試工裝平臺的通用性、可擴展性,設計了一個以 FPGA[2]為主控制器的通用硬件平臺并利用 VC++6.0[3]的通信控件實現串行通信的通用測試平臺,該設計降低了研制成本,提高了測試工裝的標準化、開放化程度,并且易于擴展、實用、操作快捷方便,可以對多種型號的控制臺進行測試和試驗。
  1 測試工裝組成和工作原理
  1.1 測試系統組成框圖
  測試工裝由測試盒和配套的工控機組成,用于測試控制臺輸出的各種控制信號以及模擬各分系統輸出的狀態信息提供給控制臺,測試工裝和控制臺的系統連接框圖如圖 1 所示?刂婆_與測試工裝交互的信號具體如圖 2 所示。
  1.2 測試工裝硬件平臺介紹
  1.2.1 測試盒外機箱介紹
  測試盒由外機箱和內部電路板構成,外機箱結構如
多通道綜合化控制臺通用測試
  圖 3、圖 4、圖 5 所示。
  圖 3 所示為測試盒前面板,圖 4 所示為測試盒的側面板,其中,XS1 為電源接口,XS2 為 RS232 接口。電源接口接 +5V 的直流電源,RS232 接口連接到工控機的串口,通過工控機的顯控界面,實現工控機與測試盒之間的數據通信。不同型號的控制臺根據信號特點編寫相適應的顯控界面以完成控制。
  圖 5 所示為測試盒的后面板,分別為 XS3(接控制臺輸出的開關信號)、XS4 (接控制臺輸出的選擇信號和提供給控制臺的狀態指示信號)、XS5 (接提供給控制臺的+28V 電平信號),控制臺對外的輸入輸出接口通過三組測試線纜分別接到這三個插座上,不同型號的控制臺就配置相應的測試線纜。
  1.2.2 測試盒內部電路板介紹
  內部電路板主要由 FPGA 加外圍接口電路組成,原理框圖如圖 6 所示,實物如圖 7 所示。外圍接口電路根據信號種類分成三種,分別為 RS232 串口電平轉換電路、狀態指示接口電路、分離控制接口電路,原理框圖分別
  如圖 8、圖 9 和圖 10 所示。
  (1)FPGA 芯片介紹
  FPGA 選用的是 Spartan3[2]系列的 XC3S1000FT256E,存儲芯片為 XCF02SVO2OC,配置方式選擇主動串行,FPGA 芯片的核電壓 1.2V,I/O 電壓 3.3V,輔助電壓 2.5V,可用 IO 管腳 113 個,可以滿足對外接口的數量需求。存儲芯片的三組電壓均為 3.3V。FPGA 芯片負責與顯控界面串行通信,將來自顯控界面的信息進行解析后輸出狀態指示信號給控制臺、采集輸入的離散信號并按照協議打包組幀上報給顯控界面。
  (2)RS232 串口電平轉換電路本設計是近距離(約15m)的串行通信, 工控機和 FPGA之間通過 RS232 直接相連。由于 FPGA 串口的輸入輸出均為 TTL 電平,而工控機上的 RS232 接口為了提高抗干擾性能,采用的是 RS232 標準的 EIA 電平,因此要實現工控機與 FPGA 之間的串行通信,其接口必須經過電平轉換。使用 MAX232AESE 芯片完成這兩種電平之間的轉換。采用 RS232 接口中的 RD(接收數據線)、TD(發送數據線)、GND(信號地)三線來完成雙工通信。具體的接口電路如圖 8 所示。
  圖 8 工控機與 FPGA 串行通信硬件連接電路
  (3)狀態指示接口電路
  對于狀態指示接口電路,收集外部輸入狀態信息,由于是懸空 / 接地 /+28V 信號,故設計成通過光耦隔離變成 3.3VTTL 電平、經鎖存后再送主控 FPGA 進行采集、按照 ICD 協議進行組幀通過串口上報給顯控界面。原理框圖如圖 9 所示。圖 9 狀態指示接口原理框圖
  (4)分離控制接口電路
  對于分離控制接口電路,當內部控制邏輯為低電平時,光電隔離管截止,分離線輸出端口開路;當內部控制邏輯為高電平時,光電隔離管導通,分離線控制口接地。原理框圖如圖 10 所示。
  2 軟件設計
  軟件設計包括工控機通信軟件設計和 FPGA 軟件設計兩部分。通信軟件實現如下功能:通信開始時由工控機發出一握手信號,同時做好接收 FPGA 發來的信號的準備;FPGA 接收到握手信號后響應,確認握手信號是否正確,并向工控機發送響應信號,做好與工控機通信準備。工控機與 FPGA 進行串行通信前,首先要分別對各自的串口進行初始化,確定串口的工作方式、波特率、數據格式等。本例中約定,工控機與 FPGA 之間串行通信使用工控機的串口 1(COM1),波特率為 9600b/s,數據格式為 8 個數據位、1 個停止位、無奇偶校驗位。以下是具體的軟件設計部分。
  2.1 工控機通信軟件設計
  利用 VC++6.0 的通信控件 MSComm 進行軟件設計[4-5],只需對串口進行簡單地設置即可。主要操作步驟及源程序代碼如下:
  2.1.1 在當前的 Workspace 中插入 MSComm 控件Project 菜單→Add to Project→Components andControls→Registered ActiveX Controls→選 擇 Microsoft CommunicationsControl, version 6.0,插入到當前的 Workspace 中。結果添加了類 CMSComm 及相應文件:mscomm.h 和 mscomm.cpp。
  2.1.2 打開串口
  HANNDLE m_hComm = CreateFile(strPort, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);
  2.1.3 初始化串口的相關屬性DCB dcb;dcb.BaudRate = 9600;dcb.Parity = 0; // 無校驗。
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