基于CPLD芯片EPM7128实现多功能测试系统的应用方案

引言

该多功能测试箱是一种新型专用测试仪器，其用途是为某一专用产品进行调试、维护而设计开发的，本测试箱的研制成功为生产和使用该专用产品的单位提供一种快速、高效的测试工具。该测试箱既可以接收被测试产品的数字量或模拟量信号并进行处理，然后把所得到的结果数据发送给上位机；也可以直接接收上位机的命令，并把上位机命令经过本测试箱的处理，控制被测试产品的工作；还可以进行其它辅助功能的工作。系统结构图如图1所示。

1系统工作原理

该测试系统的工作原理如图2所示。

上位机与测试箱的通讯是双向的，接口威廉希尔官方网站 选用标准串行接口芯片MAX232。89C51采用11.0592MHz振荡器。数据传输速度选用9600波特率。传输方式选用方式1。

被测试产品输入的数字信号，通过光电耦合后，挂在两个八重3状态驱动器LS245上，在逻辑威廉希尔官方网站 的控制下，读入微处理器。

被测试产品输入的模拟信号，经过运算放大器的处理，变成±10V范围的信号，在逻辑威廉希尔官方网站 的控制下，由16选1模拟开关AD7506选择其一，由12位并行输出模∕数转换器AD1674转换成数据，读入微处理器。

测试箱发送给被测试产品的数字控制信号锁存于逻辑威廉希尔官方网站 中，经过驱动后控制继电器的工作；测试箱发送给被测试产品的模拟控制信号锁存于逻辑威廉希尔官方网站 中，在逻辑威廉希尔官方网站 的控制下，先把该控制信号中的数值锁存于各自的数∕模转换器AD767内部的数据锁存器中，再进行D∕A转换，变为模拟信号输出。AD767是并行输入、电压输出的12位数∕模转换器。对于要求的高压信号由高压运算放大器OPA445、OPA3583产生完成。

模数∕转换、数∕模转换过程都是在微处理器的控制下自动完成的。

3 硬件威廉希尔官方网站 设计

测试系统测试被测设备的16路数字信号和16路模拟信号，经过处理，把所得到的结果数据发送给上位微机；又接收上位微机的命令，经过处理，发送给被测设备64路数字信号和8路模拟信号，控制被测设备的工作。

3.1 EPM7128简介

EPM7128是美国Altera公司生产的CPLD（复杂可编程逻辑器件）芯片，其内部有2500个门可用，128个宏单元，允许对外有68个输入、输出引脚。该CPLD可编程逻辑器件支持在线现场可编程操作，只要用一根专用电缆接到芯片的特定引脚上，无需拆下芯片，不需要编程器及芯片适配器，通过上位机打印口就可对芯片编程。

3.2 16路数字/模拟输入信号逻辑威廉希尔官方网站

被测试设备的16路模拟信号，经过运算放大器放大整形隔离后，挂在16选1模拟开关威廉希尔官方网站 AD7506上。需要转换某一路为数字时，首先由逻辑威廉希尔官方网站 控制AD7506选通某一路。其逻辑威廉希尔官方网站 由四∕十六 数字译码器74LS154和六重数据触发器74LS174组成。74LS174的输出端与AD7605的地址端口A、B、C、D和片选端口CS相连。74LS174的锁存由74LS154完成。逻辑威廉希尔官方网站 控制AD7506选通某一路的方法是：把要转换的某一路模拟信号的16进制地址代码和AD7506片选信号，存于逻辑威廉希尔官方网站 中的六重数据触发器74LS174中即可。以后就是由12位模∕数转换器AD1674进行A/D转换。A/D转换的逻辑威廉希尔官方网站 由74LS154和六重数据触发器74LS174组成。74LS174的输出端与AD1674的控制端口CE、A0/SC、R/C、12/S和片选的端口CS相连。74LS174的锁存由74LS154完成。AD1674的12位输出数字端口，与单片机的P0端口连接。按照AD1674的转换要求向IC21 74LS174锁存相应的数据，进行A/D的转换和转换结果的读取。对AD7506、AD1674应用时再加片选信号，可使芯片时通时断，不致于因长期加电工作而发热，导致损坏，或不能正常工作，也节约了电能。同时为减轻单片机P0口的负担，AD1674的转换结果由单片机的P1口分两次读取［2］。

3.3 64路数字/8路模拟输出信号逻辑威廉希尔官方网站

控制被测试设备工作的64路数字信号，其16路基本信号先锁存于逻辑威廉希尔官方网站 中的两个74273锁存器IC32、IC33中，经过两个AN8203驱动后，控制16个继电器工作，产生64路数字信号。两个锁存器的数据锁存由74LS154完成。64路数字输出信号控制的逻辑威廉希尔官方网站 原理图如图4所示。

控制被测试设备工作的8路模拟信号，先把12位要转换的数值，存放于逻辑威廉希尔官方网站 中的74LS273和74LS173中，再用74LS154选通其中一路12位数/模转换器AD767转换。产生的模拟信号，经过运算放大器进行整形放大，当然也有个隔离作用，然后控制被测设备工作。

4 软件设计

测试箱系统的软件系统程序是比较理想的。程序使用MCS51汇编语言编制，程序短小精悍，运行速度快。系统加电后程序自动启动，开始运行，先执行完系统初始化程序后，便等待中断，准备执行上位机发来的各项命令［3］。测试箱的程序流程框图如图5所示。

为了简化用户的操作，我们对上位微机的所有命令进行分析研究，归纳总结六条命令。其中四条为单字节命令，两条为双字节命令。这样处理，用户操作起来方便简单。上位机发出的命令及其功能如下：

A、 0X：上位微机要求读取产品输入给测试箱的一路模拟量，X为通道号，取值范围为0~F。测试箱接到上位微机的命令后，控制该路模拟信号进行模数转换，结果以两个字节送给上位微机。前一字节为数据的高八位，后一字节的高四位为数据的低四位，后四位为通道号。

B、 10 ：上位微机命令测试箱自检。测试箱自检后，结果返回上位微机。

C、 2X：上位微机要求读取产品输入给测试箱的一路数字量，X为通道号，取值范围为0~1。测试箱读取该路产品输入的数字量，以一个字节送给上位微机。

D、 3X：其它功能。

E、 4X XX：这是一条双字节命令，上位微机要求通过测试箱的发送给产品的一路数字量，前X为通道号，取值范围0~1。后两个X，X取值范围为0~F，XX是一个字节的数据。测试箱把该数据锁存在其通道上，控制产品工作。

F、 XX XX：这也是一条双字节命令。双字节命令仅此两条。上位微机要求通过测试箱发送给产品一路模拟量。前X为通道号，X取值范围为8~F。后三个X数据，X取值范围为0~F，XXX是12位二进制数据。测试箱把该数据转换为相应的模拟信号，并作处理，发送给产品。

程序的这样处理，有利于测试箱功能的进一步开发，满足用户的更多要求。

4 结束语

该多功能测试箱的研制成功，解决了生产第一线的急需，也解决了用户的维修困难。通过专家评定，具有国内领先水平。本测试箱经过用户使用，性能可靠，提高了测试效率和质量，减少了测试现场的劳动强度和人为因素引起的记录与计算误差，为现场测试的自动化与测试数据的科学管理提供了基本条件。根据技术合同，该测试箱精度高，抗干扰效果好，性能稳定，工作可靠，便于维护维修，操作简单方便，且各项技术指标均达到设计要求，得到用户好评。以后，可在改进型中增加更多的功能。

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