１概述 　　

        工業(yè)控制器作為工業(yè)監(jiān)測(cè)控制的關(guān)鍵設(shè)備，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，然而其使用前的測(cè)試還　停留在人工測(cè)試階段，采用人工測(cè)試存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、不夠精確等缺點(diǎn)。本文作者在Ｗｉｎｄｏｗ　ｓ?。梗赶麻_(kāi)發(fā)的基于ＰＣ機(jī)工業(yè)控制器測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了帶ＲＳ２３２通訊接口工業(yè)控制器模擬量精度的自動(dòng)校驗(yàn)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為工業(yè)控制器的測(cè)試提供了一種快速、準(zhǔn)確、可靠的自動(dòng)測(cè)試工具。

２ 測(cè)試系統(tǒng)組成及原理 　　

為使測(cè)試系統(tǒng)有良好的用戶(hù)界面，縮短開(kāi)發(fā)周期，測(cè)試系統(tǒng)采用了現(xiàn)成ＰＣ機(jī)加上自行設(shè)計(jì)　的ＩＳＡ　總線(xiàn)Ｉ／Ｏ測(cè)試板卡的設(shè)計(jì)方案，其核心是一個(gè)基于ＩＳＡ總線(xiàn)測(cè)試板卡的數(shù)據(jù)采集與控制　系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)由ＰＣ機(jī)主板、ＩＳＡ總線(xiàn)測(cè)試板卡、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)和相應(yīng)的測(cè)試軟件　組成，參見(jiàn)圖１，測(cè)試板卡信號(hào)輸出端（ＡＯ，ＤＯ）和控制器的信號(hào)輸入端（ＡＩ，ＤＩ）連接　，測(cè)試板卡信號(hào)輸入端（ＡＩ，ＤＩ）和控制器的信號(hào)輸出端（ＡＯ，ＤＯ）連接，ＰＣ機(jī)的ＲＳ２３２串　口和被測(cè)控制器的ＲＳ２３２串口相連，形成若干閉環(huán)測(cè)試回路。

當(dāng)測(cè)試控制器的ＡＩ通道時(shí)，通過(guò)測(cè)試板卡的ＡＯ通道向被測(cè)試控制器發(fā)出測(cè)試激勵(lì)信號(hào)（給　定值），經(jīng)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換送到控制器ＡＩ通道，再進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，所得實(shí)測(cè)值從串口返回ＰＣ機(jī)，和相應(yīng)給定值進(jìn)行比較，得出該測(cè)試點(diǎn)測(cè)量精度；控制器ＡＯ通道的測(cè)試是先通過(guò)串口發(fā)給定值到控制器模擬輸出通道，通過(guò)測(cè)試板卡的ＡＩ通道采集實(shí)測(cè)值，計(jì)算該點(diǎn)測(cè)量精度。開(kāi)關(guān)量的測(cè)試與之類(lèi)似，將給定邏輯值和實(shí)測(cè)邏輯值進(jìn)行比較即可。 　　

３ 測(cè)試板卡框圖及簡(jiǎn)介 　　

測(cè)試板卡框圖見(jiàn)圖２，測(cè)試板卡由模擬輸入通道、模擬輸出通道，開(kāi)關(guān)量信號(hào)的　輸入和輸出以及接口電　路組成，模擬輸入通道包括了模擬信號(hào)電流／電壓轉(zhuǎn)換電路、多路模　擬開(kāi)關(guān)、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換部分　，模擬輸出通道包括了多路Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器、恒流源電路和輸出信號(hào)轉(zhuǎn)接　電路。板卡共有８路模擬量輸入、１４路模擬量輸出和８路開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入輸　出信號(hào)為４￣２０?。恚联娏?，模擬量輸入的測(cè)量精度為０１２５　‰，模擬量輸出的測(cè)量精度為　０５　‰。開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)為無(wú)源觸點(diǎn)或ＴＴＬ電平輸入，開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)為ＴＴＬ電平輸出，足　以滿(mǎn)足工業(yè)監(jiān)控器的精度測(cè)試和電氣連接要求。　

４．１系統(tǒng)精度 　　

系統(tǒng)精度是指模擬輸入、輸出通道的精度，在設(shè)計(jì)中從７個(gè)方面進(jìn)行了考慮。

（１）采用低溫漂系數(shù)精密電阻取樣 　　

取樣電阻將模擬量輸入信號(hào)０－２０ｍＡ變換成０－２Ｖ電平信號(hào)，選用０．２　‰低溫漂系數(shù)的精密電阻，以保證取樣精度。

（２）模擬濾波 　　

模擬量輸入信號(hào)經(jīng)ＲＣ低頻、高頻濾波，濾除高頻噪聲和低頻噪聲。

（３）采用４１／２位雙積分Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器ＩＣＬ７１３５ 　　

雙積分式Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器測(cè)量的是輸入電壓在積分時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，能有效地抑　制工頻干擾，其轉(zhuǎn)換精度較高。

Ａ／Ｄ芯片外圍電路也是影響Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度的因素。為保證轉(zhuǎn)換精度，除了采用高精度　基準(zhǔn)參考源，其正負(fù)工作電源必須穩(wěn)壓；為減少ＩＣＬ７１３５在積分轉(zhuǎn)換階段的非線(xiàn)性　，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率應(yīng)限制在１６６?。耄龋鷥?nèi)，取信號(hào)積分周期為工作電源周期的整數(shù)倍。

（４）模擬量的輸出傳輸采用電流形式 　　

采用電流傳輸能消除傳輸電阻壓降對(duì)精度的影響，且電流傳輸時(shí)兩線(xiàn)間呈低阻，使外界干擾對(duì)傳輸線(xiàn)的作用減小。

（５）選用分辨率為１３位的Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器ＭＡＸ５４７ 　　

ＭＡＸ５４７為ＭＡＸＩＭ公司的并行八通道電壓輸出Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，具有集成度高，滿(mǎn)１３位有效　、每路帶雙緩沖輸入鎖存器等特點(diǎn)。由于芯片Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路通過(guò)“Ｒ－２Ｒ”梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)　，基準(zhǔn)參考電壓輸入端的負(fù)載變化范圍達(dá)１０倍，需選擇負(fù)載調(diào)整率小的基準(zhǔn)參考源，為消除Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換的互相影響，ＩＣＬ７１３５和ＭＡＸ５４７基準(zhǔn)參考源分別進(jìn)行了配置　。

（６）采用自行設(shè)計(jì)的高穩(wěn)定性恒流源電路 　　

恒流源電路如圖３所示，前級(jí)電路將ＭＡＸ５４７輸出電壓值＋２５?。洲D(zhuǎn)換成與后級(jí)電路輸出電　流４－２０?。恚联删€(xiàn)性比例的電壓值，且具備調(diào)零、調(diào)滿(mǎn)量程功能。后級(jí)電路起信號(hào)轉(zhuǎn)換、恒流驅(qū)動(dòng)作用，即將前級(jí)輸出電壓變換成電流輸出，并保證輸出電流信號(hào)不隨外加負(fù)　載改變而變化。為保證精度，恒流電阻Ｒ１３選用了低溫漂系數(shù)精密電阻。

（７）接地 　　

為使數(shù)字電路中數(shù)字負(fù)載的噪聲耦合到模擬電路的誤差最小，將模擬地與數(shù)字地分開(kāi)接，模擬地僅在一點(diǎn)和數(shù)字地相連，使得數(shù)字部分的電流不會(huì)流到模擬回路中去。 　　

４．２抗干擾措施測(cè)試 　　

系統(tǒng)位于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，且和被測(cè)控制器近距離連接，主要干擾源是電源系統(tǒng)。所采取的措施有：在每組電源輸入端加入高、低頻濾波，對(duì)每個(gè)芯片電源加對(duì)地濾波，大大地降低了各芯片間的串?dāng)_；板內(nèi)電源線(xiàn)、地線(xiàn)加粗、地線(xiàn)敷銅，從而減少接地參考點(diǎn)隨電流的變化。

４．３Ｉ／Ｏ地址沖突的解決 　　

測(cè)試板卡Ｉ／Ｏ端口編址方式為Ｉ／Ｏ端口單獨(dú)編址，該方式下Ｉ／Ｏ端口地址與存儲(chǔ)單元地　址　重疊，需用指令來(lái)區(qū)別是對(duì)存儲(chǔ)器操作還是對(duì)Ｉ／Ｏ地址操作。因此，板卡的端口地址譯碼電　路應(yīng)同時(shí)加Ｉ／Ｏ讀（或Ｉ／Ｏ寫(xiě)）指令和表示ＤＭＡ操作正在進(jìn)行的ＡＥＮ之反向信號(hào)來(lái)限定，當(dāng)ＣＰＵ　或ＤＭＡ訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，端口地址譯碼電路的輸出就不可能有效。

４．４總線(xiàn)驅(qū)動(dòng) 　　

測(cè)試板卡板內(nèi)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)是必須的，在板內(nèi)加雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，既可避免發(fā)生數(shù)據(jù)總　線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，又能減輕系統(tǒng)總線(xiàn)負(fù)擔(dān)。而板內(nèi)地址可不加驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榘鍍?nèi)地址驅(qū)動(dòng)為單向驅(qū)動(dòng)，　地址信號(hào)對(duì)系統(tǒng)總線(xiàn)構(gòu)成的負(fù)載不會(huì)造成系統(tǒng)工作不正常。

５軟件設(shè)計(jì) 　　

試系統(tǒng)在Ｗｉｎｄｏｗ　９８操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)，測(cè)試軟件用基于控件對(duì)象可視化編程的Ｖｉｓｕａ　ｌ?。拢幔螅椋恪。叮熬幹?，測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理選用了Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ?。粒悖悖澹螅蟆。罚啊　Ｕ麄€(gè)系統(tǒng)具備自動(dòng)、手動(dòng)測(cè)試功能，自動(dòng)測(cè)試方式自動(dòng)完成被測(cè)控制器所有通道測(cè)試，手動(dòng)測(cè)試方式測(cè)試任意單項(xiàng)、任意通道?？纱鎯?chǔ)、顯示、打印當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)并查詢(xún)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)。

軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中共設(shè)４個(gè)模塊完成上述功能： 　　

①Ｉ／Ｏ端口的初始化； 　　

②數(shù)據(jù)采集模塊； 　　

③通訊模塊； 　　

④實(shí)時(shí)顯示模塊。