《電子技術(shù)應用》
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CPLD在線纜快速測試技術(shù)中的應用

2011-07-01
關(guān)鍵詞: CPLD 線纜快速測試

  1.引言

  隨著電子技術(shù)的發(fā)展,復雜可編程邏輯器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)以其高速、高可靠以及開發(fā)便捷、規(guī)范、能完成任何數(shù)字器件功能的優(yōu)點[1], 越來越廣泛地應用于電子儀器中。

  線纜的安裝質(zhì)量的好壞將直接影響電氣柜的質(zhì)量,因此線纜測試是電氣柜線纜安裝過程中非常重要的環(huán)節(jié)。線纜快速測試" title="線纜快速測試">線纜快速測試技術(shù)是指實時、高效、準確、同時測試多條線纜的連通性能(通斷、短路、錯接),是目前多數(shù)電氣傳動類企業(yè)所希望使用的技術(shù)[2]。

  本文根據(jù)國內(nèi)外線纜測試技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)企業(yè)的實際要求,設(shè)計了一種新型便攜式線纜組快速測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)采用兩塊CPLD" title="CPLD">CPLD 用于接口電路,從而實現(xiàn)多組線纜(內(nèi)有多條導線)同時測試,檢測線纜的通斷、短路和錯接情況,進而達到快速檢測線纜連通性能的目的。

  2.測試系統(tǒng)工作原理

  線纜的連通性是指線纜中任意兩根線之間不得短路、斷路及錯接[3],是其他線纜特性測試的基礎(chǔ)。電氣柜因型號不同,每組線纜的數(shù)量不同,多者可達幾十條,少者僅有幾條。為了使測試系統(tǒng)的應用具有廣泛性,本文將CPLD引入設(shè)計中,將被測線纜組接于兩塊基于CPLD的接口電路之間。用戶通過鍵盤輸入待檢測線纜組的圖號,然后按開始鍵后CPLD工作,輸入的信號通過被測線纜輸出到另一CPLD進行數(shù)據(jù)信息匯總,然后通過SPI(Serial Peripheral Interface)接口模塊將數(shù)據(jù)傳遞給單片機進行處理,單片機對比接收和發(fā)射的數(shù)據(jù),從而判斷出線纜組中每條線纜的連接狀況,并將測試結(jié)果通過液晶顯示屏顯示。測試系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

  不同于雙絞線等其他線纜的測量[4-5],電氣柜線纜組具備兩端測量的條件,因此可以采用施加數(shù)字信號來實現(xiàn)檢測。假設(shè)被測線纜組有n條線纜,施加的測試信號為公式 ,且

公式

  返回信號為公式,且:

公式

  則線纜連通良好的條件為:

公式

  例如,測試第一條線纜時,單片機輸出給CPLD1#的信號為公式 ,測試第二條線纜時,輸出給CPLD1#的信號為公式,以此類推,經(jīng)CPLD2#返回到單片機的信號y(xn )中“1”的個數(shù)與發(fā)出信號f (xn ) 中“1”的個數(shù)一致且位置對應,說明線纜連通性良好;個數(shù)一致但位置不對應,則可知線纜錯接;若“1”的個數(shù)多于測試信號中“1”的個數(shù),說明線纜組中有線纜短路,通過確定返回信號中“1”的位置即可斷定哪幾條線纜之間發(fā)生了短路;若返回信號中沒有“1”,

  則說明被測的這條線纜開路。

測試系統(tǒng)框圖

  Fig. 1 The block diagram of test system

  3.CPLD 的設(shè)計

  整個測試系統(tǒng)采用兩塊CPLD(EPM7128),一塊作為信號源(CPLD 1#),另一塊作為信號采集(CPLD 2#)。CPLD 1#的主要工作是接收單片機發(fā)來的‘Start’和‘CP’命令,并以‘CP’為觸發(fā)信號將‘1’進行移位且并行輸出(位數(shù)與被測線數(shù)相等)。其內(nèi)部模塊連接圖如圖2 所示[6-7]。

CPLD1# 內(nèi)部模塊連接圖

 

  Fig. 2 The connection of internal module in CPLD1# chip

  CPLD2# 的主要工作是將由CPLD 1# 輸出的信號經(jīng)過被測線纜進行采集,且將并行位數(shù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)傳給單片機進行處理,其內(nèi)部模塊連接圖如圖3 所示,其中包括SST_AND 和CPLD_MCU 兩個模塊[6-7]。SST_AND 與門電路的主要作用是:只有CPLD 2# 在工作時單片機才能向CPLD 1# 中輸出數(shù)據(jù),這樣保證數(shù)據(jù)的可靠性和正確性;CPLD_MCU 模塊的作用是完成輸入數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換,將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)通過SPI 接口傳送給單片機。值得注意的是,實際應用時還應在CPLD2#的I/O 口上增加下拉電阻,以避免采集信號時出錯。

CPLD2# 內(nèi)部模塊連接圖

點擊看原圖

 

 

  Fig. 3 The connection of internal module in CPLD2# chip

  4.仿真實驗

  為驗證設(shè)計的接口電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求,本文對兩塊CPLD 進行了仿真實驗。CPLD1#的仿真波形如圖4 所示。

CPLD1# 仿真波形

  圖4 CPLD1# 仿真波形

  Fig. 4 The emulation wave of CPLD1#

  由圖4 可知,當CPLD1#接收到‘Start’命令后,在‘CP’觸發(fā)信號的作用下,Sign_out 端口依次輸出(00001000)B、(00010000)B、(00100000)B 等信號,實現(xiàn)了將‘1’進行移位且并行輸出。

  SST_AND 模塊的仿真波形如圖5 所示,CPLD_MCU 的仿真波形如圖6 所示。

SST_AND 模塊的仿真波形圖

  Fig. 5 Theemulation wave of SST_AND module

 

CPLD_MCU 的仿真波形圖

  Fig. 6 The emulation wave of CPLD_MCU modul

  在圖5 中,SS 端的信號來自單片機,當SS 端的信號與CPLD1#的CP_out 端信號皆為高電平時,CPLD2#才可開始采集信號。由圖6 可知,由CPLD1#輸出的8 位并行數(shù)據(jù)(10101101)B 經(jīng)Sign_in 端口進入CPLD2# 的 CPLD_MCU 模塊進行轉(zhuǎn)換,MISO 端輸出為串行數(shù)據(jù)。

  通過圖 4-圖6 的仿真結(jié)果可知,設(shè)計的CPLD 接口電路能夠?qū)崿F(xiàn)多條線纜的同時測量。本文設(shè)計的CPLD 接口電路最多能同時測量64 條線纜的連通性能(受CPLD芯片I/O 引腳數(shù)量的限制),若要同時測試更多線纜,只需更換CPLD 芯片即可。

  5.總結(jié)

  本文作者創(chuàng)新點:利用CPLD 器件I/O 接口多的優(yōu)點,創(chuàng)新地將CPLD 引入到線纜測試技術(shù)中,實現(xiàn)了多條線纜連通性的同時測量。仿真實驗證明設(shè)計思路正確,方案可行,為高效、準確地實現(xiàn)電氣柜線纜組的測試提供了新的、有效的途徑。

  參考文獻

  [1] 王玉輝.CPLD技術(shù)在時差法超聲波流量計中的應用[J].微計算機信息.2005, 21(8):117~119

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