基于ARM的某型裝備電路檢測診斷設(shè)備設(shè)計*

劉富利

(1.湖北工業(yè)大學(xué)　武漢　430068)(2.武漢軍械士官學(xué)校導(dǎo)彈系　武漢　430075)

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基于ARM的某型裝備電路檢測診斷設(shè)備設(shè)計*

劉富利1,2

(1.湖北工業(yè)大學(xué)武漢430068)(2.武漢軍械士官學(xué)校導(dǎo)彈系武漢430075)

摘要針對某型裝備無法進行電路模塊級故障定位的實際,綜合運用計算機測試、虛擬儀器、故障診斷、嵌入式控制等技術(shù),開發(fā)了某型裝備電路檢測診斷設(shè)備,成功實現(xiàn)了對電路模塊級及主要元器件故障的準確定位。

關(guān)鍵詞ARM; 虛擬技術(shù); 電路檢測; 故障診斷

Class NumberTJ760.5

1　總體設(shè)計

某型裝備電路檢測診斷設(shè)備采用ARM系列微處理器進行系統(tǒng)設(shè)計[1],選用ADS1.2為ARM微處理的開發(fā)工具平臺,同時采用C語言作為開發(fā)語言,輔助上位機軟件采用Delphi集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)。使用Delphi的VCL組件庫及工控組件庫設(shè)計人機交互界面,通過DBE數(shù)據(jù)庫引擎建立數(shù)據(jù)庫表,并通過ODBC鏈接數(shù)據(jù)庫,完成故障原理分析以及測試數(shù)據(jù)存檔功能。由電路檢測平臺、內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡、電源模塊等部件構(gòu)成機箱主體設(shè)備,同時在機箱外部面板上嵌套配備的LCD液晶屏、鍵盤、LED指示燈等部件,并通過通信接口實現(xiàn)與上位PC機的通信。系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計方案

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)包括內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡、電路檢測平臺、調(diào)理電路、電源以及外部面板等設(shè)備。內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集的功能,同時還控制液晶屏、鍵盤等外部面板上的設(shè)備;調(diào)理電路主要用于信號的隔離、匹配等功能;電路檢測平臺完成被檢測電路板的測試,并滿足多塊電路板在同一檢測端口測試時的信號匹配;電源模塊產(chǎn)生被測電路和信號調(diào)理電路所需要的電源,并且電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào),滿足被測電路的需求。該系統(tǒng)所有測試項目由下位機獨立完成,從而實現(xiàn)整體系統(tǒng)的模塊化。同時也擴展了通信端口,可實現(xiàn)與上位機的通信,實現(xiàn)故障的更準確定位。

整個檢測診斷設(shè)備的核心部件采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI(-S)微處理器核的嵌入式微處理器LPC2210[2]。圖2是內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡硬件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)采用外部10MHz晶振產(chǎn)生內(nèi)核所需的時鐘;通過LDO芯片SPX11718和SPX11733提供系統(tǒng)所使用的1.8V、3.3V電源;通過電源監(jiān)控芯片SP708S提供系統(tǒng)的復(fù)位信號;采用FLASH(SST39VF160)存儲程序與函數(shù),使用SDRAM(IS61LVB25616AL)作為程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧[3]。

圖2　內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1電源模塊設(shè)計

采用運算放大器和三端穩(wěn)壓器組成的可控型電源模塊,其輸出電壓在-5V～+5V之間,同時給出了LPC2210的控制信號。通過LPC2210繼而控制AD7237的輸出電壓,或者調(diào)節(jié)電阻可以改變放大器的增益,即可控制電源電壓在一定的范圍內(nèi)。為了實現(xiàn)測試過程中的上電啟停控制,保證上電狀態(tài)的安全插拔,設(shè)計了開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電路。

2.2調(diào)理板電路設(shè)計

裝備電路按信號特征可分為:數(shù)字量電路(無CPU)、數(shù)摸混合電路(無CPU)、模擬量電路(無CPU)、CPU電路[4]。因此內(nèi)嵌ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集卡電路和待測電路板之間傳輸?shù)男盘柧陀袛?shù)字量(TTL電平)、模擬量和串口數(shù)據(jù)。

TTL電平的生成和檢測:在處理器和調(diào)理板之間設(shè)計一片總線收發(fā)器74LVC4245,實現(xiàn)3.3V和5V系統(tǒng)之間的邏輯電平轉(zhuǎn)換[5]。74LVC4245是一種雙電源的總線收發(fā)器,同時工作在兩種電源下:A端用5V電源作為VCCA,I/O口接5V器件的數(shù)字邏輯電路;B端用3.3V電源作為VCCA,I/O口接3.3V器件的數(shù)字邏輯電路;DIR引腳控制總線的傳輸方向。該檢測診斷設(shè)備擴展了三片82C55,通過片選信號ECS5、ECS6、ESC7實現(xiàn)了16路單輸入信號DI0～DI15(用于檢測電路板反饋數(shù)據(jù))、16路單輸入信號DO0～DO15(用于送出控制指令)、16路輸入輸出信號DIO0～DIO15(用于控制指令送出和反饋數(shù)據(jù)檢測)。通過LPC2210的P0.8端口控制82C55芯片復(fù)位,并通過交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)接。

模擬量的生成和檢測:微處理器LPC2210通過外圍擴展D/A模塊輸出模擬信號(幅值電壓在+5V和-5V之間),A/D輸出信號再經(jīng)同相(反相)放大器進行處理后輸入到待測電路板。此系統(tǒng)所檢測的模擬量信號主要包括兩種:電源電壓和運算放大器輸出的模擬量信號。電源電壓通過電壓跟隨器和相關(guān)的分壓電路分壓后,進入微處理器LPC2210外圍擴展A/D模塊進行檢測。而運算放大器輸出的模擬量信號的檢測是通過分壓電路、比較器電路和軟件掃描實現(xiàn)的[6]。

串口數(shù)據(jù)處理:在多數(shù)電路板中,CPU板上的微處理器芯片或ROM芯片都裝有管腳插座。同時考慮到測試的快速性及準確性,我們采用更換微處理器芯片或ROM芯片(內(nèi)置自編測試程序,程序流程及功能根據(jù)被測板的電路結(jié)構(gòu)及檢測要求而定),并通過MAX232與主控模塊建立串口通信的方式進行檢測。

本設(shè)備采用幀數(shù)據(jù)傳輸,串口傳輸波特率根據(jù)不同的電路板設(shè)定,數(shù)據(jù)位為8,停止位為1,并通過軟件設(shè)置使用串口0進行通信。

2.3人機交互界面電路設(shè)計

人機交互界面采用點陣液晶模塊和六個按鍵的組合形式。本設(shè)備選用MGLS160128型點陣液晶模塊,其顯示容量為160×128個點,內(nèi)部帶有10V電壓產(chǎn)生器和EL背光逆變器,使用單5V電源供電,非常適合于便攜式的產(chǎn)品應(yīng)用。由于液晶模塊的工作電壓為5V,而LPC2210的I/O口電壓是3.3V,在液晶模塊和處理器之間也設(shè)計了一片總線收發(fā)器74LVC4245。

按鍵的掃描方式通常有兩種:查詢方式和中斷方式。在本設(shè)備采用中斷方式,即在程序中對相應(yīng)I/O口(P0.18～P0.25)的狀態(tài)進行查詢,確認是否有鍵按下而執(zhí)行相應(yīng)的功能。

2.4USB通信接口設(shè)計

為了定位故障更準確,提供更恰當?shù)臋z修建議,同時解決LCD液晶顯示容量小的問題,在設(shè)計上采用輔助上位機軟件。輔助上位機軟件通過USB與LPC2210主控模塊進行通信,在硬件系統(tǒng)中通過帶并行總線的USB接口器件PDIUSBD12實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[7]。

在該設(shè)備中,通過LPC2210的P0.10端口(P0.13端口)控制PDIUSBD12的復(fù)位(掛起),并在掛起狀態(tài)實現(xiàn)LazyClock輸出。并通過LPC2210的P0.16端口響應(yīng)中斷進入USB通信。為了實現(xiàn)通訊檢測,該系統(tǒng)通過分壓電路和LPC2210的端口P0.15檢測PDIUSBD12與上位機的連接狀態(tài),并采用GoodLink技術(shù)的連接指示器,在通訊時連接狀態(tài)指示燈閃爍。

3　軟件系統(tǒng)設(shè)計

為了提高軟件的容錯性和可靠性,在設(shè)備軟件的編寫時主要采取了兩個措施:一是軟件采用C語言編寫;二是軟件編寫采用模塊化的編寫方法。

3.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程

該設(shè)備軟件主要分為兩部分:系統(tǒng)軟件和用戶程序。系統(tǒng)軟件采用芯片代理商提供的用于控制芯片自身運行的驅(qū)動程序(LPC2210工程模塊、USB驅(qū)動包等)。用戶程序則是根據(jù)需要設(shè)計編寫的,用于實現(xiàn)目標控制,包括系統(tǒng)初始化程序、各個電路板的測試程序、按鍵響應(yīng)程序、液晶顯示程序、數(shù)據(jù)采集程序、USB通信程序等。

設(shè)備完成初始化后進入主程序main()。測試時程序先檢測USB通信端口是否連接,若連接則采用輔助上位機軟件測試,查詢菜單指令并響應(yīng)的檢測功能;若未連接則采用下位機獨立測試,查詢按鍵狀態(tài)并響應(yīng)的檢測功能。系統(tǒng)軟件流程如圖3所示[8]。

圖3　軟件流程圖

3.2輔助上位機軟件系統(tǒng)設(shè)計

輔助上位機的軟件功能模塊如圖4所示。

圖4　輔助上位機軟件功能模塊

輔助上位機的軟件功能模塊分為主模塊、數(shù)據(jù)采集設(shè)置模塊、USB口設(shè)置模塊、按鍵控制模塊、故障說明模塊、數(shù)據(jù)庫模塊。主模塊是程序的主要部分;數(shù)據(jù)采集設(shè)置模塊和USB口設(shè)置模塊分別負責數(shù)據(jù)采集和USB口一些需要設(shè)置的全局變量的修改;故障說明模塊用于故障原理分析[9];數(shù)據(jù)庫模塊用于測試數(shù)據(jù)的存檔及管理。

該設(shè)備的輔助上位機軟件使用Delphi的VCL組件庫及工控組件庫設(shè)計人機交互界面,基于虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)檢測流程顯示[10],并通DBE數(shù)據(jù)庫引擎建立數(shù)據(jù)庫表,通過ODBC鏈接數(shù)據(jù)庫,完成故障原理分析以及檢測數(shù)據(jù)存檔等功能。

4　結(jié)語

某型裝備檢測診斷設(shè)備綜合運用計算機測試、虛擬儀器、故障診斷、嵌入式控制等技術(shù),通過內(nèi)嵌ARM7的數(shù)據(jù)采集卡及信號轉(zhuǎn)接匹配單元硬件體系,利用C語言編程,采用“自頂向下”的設(shè)計理念,成功實現(xiàn)了多級中斷、LCD顯示和正確可靠的通信渠道以及對模塊級電路及主要元器件故障準確定位。

參 考 文 獻著錄規(guī)則 中的責任者采用姓前名后的著錄形式。歐美著者的名可縮寫,姓大寫,姓和縮寫的名之間不可用“.”隔開,而是用空格。如用中譯名,可以只著錄其姓。如原文中作者為“P．S．昂溫”則在本刊要求中應(yīng)寫成“昂溫 P S”,Albert Einstein Seny應(yīng)寫成EINSTEIN A S。 的責任者之間用“,”分隔。不超過3個時,全部照錄。超過3個時,只著錄前3個責任者,其后加“,等”,外文用“,et al”,“et al”不必用斜體。

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一.總要求

為了幫助向本刊投稿的作者按規(guī)范著錄參考文獻,現(xiàn)將常見類型文獻的著錄格式作如下要求。

本刊要求雙語參考文獻,所有的中文參考文獻均需附英文譯文,示例如下:

示例1:

[1] 焦李成,杜海峰,等．免疫優(yōu)化計算、學(xué)習與識別[M].北京:科學(xué)出版社,2006．

JIAO Licheng, DU Haifeng, et al Immune optimization calculation 、Learning and Recognition [M]. Beijing: Science Pres,2006．

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LI Shiling, CHEN Ning, ZHAO Xueyu． Planning of Feder Bus to the Urban Rail Transit Based on Particle Swarm Optimization[J]． Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Enginering),2010,34(4):780-783．

示例2:馬克思,恩格斯．示例2:YELLAND R L, JONES S C, EASTON K S, et al．

二.圖書和期刊的著錄格式

◆普通圖書(原著):

[序號]著者．書名[M]．版本(第1版不著錄)．出版地:出版者,出版年:引文頁碼．

[3]余敏．出版集團研究[M]．北京:中國書籍出版社,2001:179-193．

[4]中國社會科學(xué)院語言研究所詞典編輯室．現(xiàn)代漢語詞典[M]．修訂本．北京:商務(wù)印書館,1996:258-260．

[5]CRAWFPRD GORMAN M． Future libries: dreams, madnes, &reality[M]． Chicago: America Library Asociation,1995．

◆普通圖書(譯著):

[序號]著者．書名[M]．譯者,譯．版本．出版地:出版者,出版年:引文頁碼．

[6]AGRAWAL G P． 非線性光纖光學(xué)[M]．胡國絳,黃超,譯．天津:天津大學(xué)出版社,1992:179-193．

[7]霍斯尼 R K． 谷物科學(xué)與工藝學(xué)原理[M]．李慶龍,譯．2版．北京:中國食品出版社,1989:15-20．

◆期刊(有卷)

[序號]著者.題名[J]．刊名,出版年份,卷(期)引文頁碼．

[8]蔣超,張沛,張永軍,等．基于SRLG不相關(guān)的共享通路保護算法[J]．光通信技術(shù),2007,31(7):4-6．

[9]DIANOV E M, BUFETOV I A, BUBNOV M M, et al． Thre-cascaded 1407nm Raman laserbased on phosphorusdoped silica fiver[J]． OPTICS LETTERS,2000,26(6):402-404．

◆期刊(無卷)

[序號]著者.題名[J]．刊名,出版年份(期):引文頁碼．

[10]周可,馮丹,王芳,等．網(wǎng)絡(luò)磁盤陣列流水調(diào)度研究[J]．計算機學(xué)報,2005(3):319-325．

[11]VLATK V, MARTIN B P． Basic of quantum compwtation[J]． Proces in Quantum Electronics,1998(22):1-39．

三.電子文獻的著錄格式

◆電子文獻:

[序號]主要責任者．題名:其他題名信息[文獻類型標志/文獻載體標志]．出版地:出版者,出版年(更新或修改日期)[引用日期]．獲取和訪問路徑．

[12]Online Computer Library Center, Inc． History of OCLC[EB/OL]．[2000-01-08]．htp://www．oclc．org．

[11]蕭鈺．出版業(yè)信息化邁入快車道[EB/OL]．(2001-12-19)[2002-04-15]．htp:∥www．creader．com/news/200112190019．htm．

四.學(xué)位論文與論文集的著錄格式

◆學(xué)位論文:

[序號]著者．題名[D]．出版地:出版者,出版年:引文頁碼．

[13]孫玉文．漢語變調(diào)構(gòu)詞研究[D]．北京:北京大學(xué)文學(xué)院,2000．

◆論文集:

[序號]著者．題名[C]//著者．專題名:其他題名．出版地:出版者,出版年:引文頁碼．

[14]白書龍．植物開花研究[C]//李承森．植物科學(xué)進展．北京:高等教育出版社,1998:146-163．

[15]AZIEM M M A, ISMAIEL H M． Quantitative and qualitative Evaluations of Image Enhancement Techniques[C]//Procedings of the 46th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems,2003:664-669．

收稿日期:2015年10月13日,修回日期:2015年11月25日

作者簡介:劉富利,男,副教授,研究方向:導(dǎo)彈維修。

中圖分類號TJ760.5

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.04.046

Design of a Aertain Type of Equipment of Circuit Detection and Diagnosis Based on ARM

LIU Fuli1,2

(1. Hubei University of Technology, Wuhan430068)(2. Department of Missile, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers Academy, Wuhan430075)

AbstractIn view of the fact that a certain type of equipment can not find out the fault location of the circuit module, using computer testing, virtual instrument, fault diagnosis, embedded control technology, the paper develops a certain type of equipment circuit detection and diagnosis equipment, and locates fault in the circuit module and the main components successfully.

Key WordsARM, virtual technology, circuit detection, fault diagnosis