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标题: CPLD 在线缆快速测试技术中的应用 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-17 14:58
标题: CPLD 在线缆快速测试技术中的应用
1.引言随着电子技术的发展，复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）以其高速、高可靠以及开发便捷、规范、能完成任何数字器件功能的优点[1]，越来越广泛地应用于电子仪器中。线缆的安装质量的好坏将直接影响电气柜的质量，因此线缆测试是电气柜线缆安装过程中非常重要的环节。线缆快速测试技术是指实时、高效、准确、同时测试多条线缆的连通性能（通断、短路、错接），是目前多数电气传动类企业所希望使用的技术[2]。本文根据国内外线缆测试技术的发展及生产企业的实际要求，设计了一种新型便携式线缆组快速测试系统。该测试系统采用两块CPLD 用于接口电路，从而实现多组线缆(内有多条导线)同时测试，检测线缆的通断、短路和错接情况，进而达到快速检测线缆连通性能的目的。?2.测试系统工作原理线缆的连通性是指线缆中任意两根线之间不得短路、断路及错接[3]，是其他线缆特性测试的基础。电气柜因型号不同，每组线缆的数量不同，多者可达几十条，少者仅有几条。为了使测试系统的应用具有广泛性，本文将CPLD引入设计中，将被测线缆组接于两块基于CPLD的接口电路之间。用户通过键盘输入待检测线缆组的图号，然后按开始键后CPLD工作，输入的信号通过被测线缆输出到另一CPLD进行数据信息汇总，然后通过SPI（Serial Peripheral Interface）接口模块将数据传递给单片机进行处理，单片机对比接收和发射的数据，从而判断出线缆组中每条线缆的连接状况，并将测试结果通过液晶显示屏显示。测试系统原理框图如图1所示。不同于双绞线等其他线缆的测量[4-5]，电气柜线缆组具备两端测量的条件，因此可以采用施加数字信号来实现检测。假设被测线缆组有n条线缆，施加的测试信号为

,且

返回信号为

，且：

则线缆连通良好的条件为：

例如，测试第一条线缆时，单片机输出给CPLD1#的信号为

，测试第二条线缆时，输出给CPLD1#的信号为

，以此类推，经CPLD２#返回到单片机的信号y(xn )中“1”的个数与发出信号f (xn ) 中“1”的个数一致且位置对应，说明线缆连通性良好；个数一致但位置不对应，则可知线缆错接；若“1”的个数多于测试信号中“1”的个数，说明线缆组中有线缆短路，通过确定返回信号中“1”的位置即可断定哪几条线缆之间发生了短路；若返回信号中没有“1”，则说明被测的这条线缆开路。

Fig. 1 The block diagram of test system3.CPLD 的设计整个测试系统采用两块CPLD（EPM7128），一块作为信号源（CPLD 1#），另一块作为信号采集（CPLD ２#）。CPLD 1#的主要工作是接收单片机发来的‘Start’和‘CP’命令，并以‘CP’为触发信号将‘１’进行移位且并行输出（位数与被测线数相等）。其内部模块连接图如图2 所示[6-7]。

Fig. 2 The connection of internal module in CPLD1# chipCPLD２# 的主要工作是将由CPLD １# 输出的信号经过被测线缆进行采集，且将并行位数转换成串行数据传给单片机进行处理，其内部模块连接图如图3 所示，其中包括SST_AND 和CPLD_MCU 两个模块[6-7]。SST_AND 与门电路的主要作用是：只有CPLD 2# 在工作时单片机才能向CPLD 1# 中输出数据，这样保证数据的可靠性和正确性；CPLD_MCU 模块的作用是完成输入数据的并/串转换，将转换好的数据通过SPI 接口传送给单片机。值得注意的是，实际应用时还应在CPLD2#的I/O 口上增加下拉电阻，以避免采集信号时出错。

Fig. 3 The connection of internal module in CPLD2# chip4.仿真实验为验证设计的接口电路是否能够实现系统要求，本文对两块CPLD 进行了仿真实验。CPLD1#的仿真波形如图4 所示。

图4 CPLD1# 仿真波形

Fig. 4 The emulation wave of CPLD1#由图4 可知，当CPLD1#接收到‘Start’命令后，在‘CP’触发信号的作用下，Sign_out 端口依次输出（00001000）B、（00010000）B、（00100000）B 等信号，实现了将‘１’进行移位且并行输出。 SST_AND 模块的仿真波形如图5 所示，CPLD_MCU 的仿真波形如图6 所示。

Fig. 5 The emulation wave of SST_AND module

Fig. 6 The emulation wave of CPLD_MCU modul在图5 中，SS 端的信号来自单片机，当SS 端的信号与CPLD1#的CP_out 端信号皆为高电平时，CPLD2#才可开始采集信号。由图6 可知，由CPLD1#输出的8 位并行数据（10101101）B 经Sign_in 端口进入CPLD2# 的 CPLD_MCU 模块进行转换，MISO 端输出为串行数据。通过图 4-图6 的仿真结果可知，设计的CPLD 接口电路能够实现多条线缆的同时测量。本文设计的CPLD 接口电路最多能同时测量64 条线缆的连通性能（受CPLD芯片I/O 引脚数量的限制），若要同时测试更多线缆，只需更换CPLD 芯片即可。5.总结本文作者创新点：利用CPLD 器件I/O 接口多的优点，创新地将CPLD 引入到线缆测试技术中，实现了多条线缆连通性的同时测量。仿真实验证明设计思路正确，方案可行，为高效、准确地实现电气柜线缆组的测试提供了新的、有效的途径。参考文献 [1] 王玉辉．CPLD技术在时差法超声波流量计中的应用[J]．微计算机信息．2005， 21（8）：117～119 [2] 叶树青．微电脑在自动测试装置上的应用—D28-1线缆测试仪介绍[J]．通信与计算机．1990， 4：1～5 [3] 杜晓通．智能建筑弱电线缆性能测试仪[J]．电子测量与仪器学报．2002，16（2）：50～55 [4] 李忠晓．一种简易线缆测试仪[J]．有线电视技术．2003，10（22）：69～70 [5] 周宏志，王冬青，贾玉兰．时域回波反射法在双绞线测试中的应用[J]．电信科学．2004， 20（6）：73～75 [6] Mark Zwolinski．Digital System Design with VHDL[M]．Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2002 [7] 侯伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M]．北京：西安电子科技大学出版社，2004

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