電子線路板卡自動檢測系統輸入輸出擴展電路的設計

陳茹

（陜西國際商貿學院信息與工程學院，陜西咸陽712046）

電子線路板卡自動檢測系統輸入輸出擴展電路的設計

陳茹

（陜西國際商貿學院信息與工程學院，陜西咸陽712046）

基于擴展電路應用需求，筆者采用了板卡自動監測技術對輸入輸出擴展電路設計進行分析，結合多方面試驗得出板卡的自動檢測技術已得到廣泛應用，但在實際應用中，由于板卡的輸入和輸出接口較多，且型號各異，因此對板卡自動檢測系統的應用和發展帶來一定困擾這一結論。針對此問題，本文從板卡輸入和輸出接口的型號著手，設計了自動檢測輸入輸出擴展電路，在實際運用中取得了成功。

板卡檢測；檢測系統；擴展電路；設計

由于板卡的輸入輸出端口眾多，這就使得檢測系統需擁有滿足板卡眾多輸出端口的輸入端口，此外當前板卡輸入輸出端口型號眾多，使得當前檢測系統難以滿足檢測需求。因此本文嘗試制作檢測硬件的擴張模塊來滿足檢測需求。例如可以將單片機8個引腳做成開關量輸出，然后對其進行編址就獲得了255路輸入。

因為板卡的信號種類很多，因此在進行檢測時，需對采集的信號進行分類。主要的信號包括開關量信號、模擬小信號、周期信號、大信號等。通常信號采集卡的模擬量輸入、開關量輸入、輸出分別只有32路、16路、16路，遠無法滿足檢測需求。設計擴展電路，可以將所需檢測的信號分時輸入采集卡，最后再分時輸出到板卡，最終達到檢測目的。

1　輸入擴展電路設計分析

在對信號輸入擴展系統進行檢測時可以發現拓展電路系統的控制信號是數據采集卡的開關量，數據選擇器將會接受板卡的控制信號，數據選擇器也會也會將信號進行處理與分析，最后將信號數據輸送至開關量輸入端或是模擬量輸入端。一般來說整個輸入擴展電路由3個主要部分構成，即數據選擇電路、譯碼電路以及信號處理電路，3個部分分別承擔著不同的信號接收、分析、處理與傳輸的功能。下面進行分類闡述：

數據選擇電路主要是由四個數據選擇器構成，由于數據選擇器種類繁多，因此在選擇時優先考量到滿足系統應用及擴展需求，本次設計采用是型號為CC4051的8選1多路模擬開關，不過由于該型號的數據選擇器設計較為復雜，包括了禁止端INH八選一的譯碼器及其配套的八個雙向模擬開關（型號：CMOS），此時當禁止端INH輸出量為1時，那么八個雙向模擬開關都處于關閉狀態，但是當禁止端INH輸出量為0時，那么輸出通道將由地址線進行決定。需要注意的是，信號輸出通道屬于雙向通道，這意味著信號能夠利用該通道輸入與輸出。該系統中信號傳送范圍有著精確的控制，即滿足在VEE～～VCC丨。數據選擇電路的構成基礎中，4片數據選擇器主要采用了三根型號一樣的地址線，即A5地址線、A6地址線與A7地址線，其中需要以八選一多路模擬器開關進行控制，值得一提的是這四片數據選擇器擴展面板上都可以滿足三十二路檢測信號的輸入要求，但是必須保證外部檢測信號的波動范圍在4051VEE～～VCC丨范圍內，所以說需要借助于三針跳線器進行設計，其中一針與5 V電平進行串接，另外兩針分別與0V電平與VEE端口連接，這樣數據選擇電路基本設計完成。在應用的時候，工作人員可以根據輸入信號的不同選擇連接端口。

譯碼電路主要由兩個譯碼器組成，本次設計采用的是型號為74LS138譯碼器。為了對兩個譯碼器進行區分，將其命名為譯碼器A與譯碼器B。譯碼器A的板選信號有8個基本輸出量，這8個信號數據量都會輸入譯碼器B使能端以維持譯碼器B正常運轉。不過編碼器B中輸出的四個信號可以保證數據選擇器片選信號的應用，這樣才能夠為每個數據選擇器的工作范疇進行明確劃分。整個譯碼電路中設置有A0～A4五根地址線，因此能夠充分滿足三十二片數據選擇器的選擇功能應用。

信號處理電路一般也被人們稱為信號調理電路，該部分的主要作用是將其他部分輸入的信號進行簡單的預處理，在對板卡進行檢測時工作人員也能夠利用簡單的調整跳線組合實現不同信號的預處理并且能夠將不同的信號輸送至不同的處理電路中。信號處理系統對信號進行檢測時，如果信號為模擬大信號，就需要用運算放大器構成一個電壓跟隨器，然后將模擬量通過采集卡輸入端口AIN0；如果信號檢測為模擬小信號，甚至信號極為微小，不能夠滿足A/D數據轉化分辨率的需求，只是采集卡輸入端存在較大的誤差。因此需要將信號轉換前利用A/D進行轉化進而使信號放大。如果檢測信號時發現信號為周期頻率信號，則需要優先將其送入比較器同相端中［7］，然后將參考電平與比較器的負向端串接，這樣信號在輸入比較器后會經過處理并形成不同頻率的方波輸出至轉換器中。但是如果輸入轉換器中的信號為開關量信號，那么需要經過轉換器的處理計算出輸入信號的頻率。

在對信號進行檢測時，如果信號為開關量信號，那么需要將開關量信號進行處理，利用六施密特觸發器（型號：CMOS）使用CD40106整形，才能夠輸入值采集卡開關量輸入端DIN0。

2　電子線路板卡自動檢測系統輸出擴展電路設計

電子線路板卡［8］自動檢測系統輸出擴展電路，主要包括兩個部分，即開關量輸出擴展與模擬量輸出擴展，輸出擴展電路的功能就是分時將控制信號（模擬量、開關量）送至板卡中。

如圖1所示，開關量輸出擴展系統的示意圖。擴展電路主要包括兩個部分，即鎖存電路與譯碼電路；鎖存器主要通過八片74LS373予以實現，地址線A15體育鎖存器LE端相連接，如果A15從高電平跳轉變為低電平的時候，代表數據已經被鎖存。譯碼電路的主要組成部分為九個3-8譯碼器，譯碼器0的所有8個輸出均當作片選信號，分別與譯碼器1、譯碼器2、譯碼器3、譯碼器4、譯碼器5、譯碼器6、譯碼器7、譯碼器8的使能端連接在一起，以此對8個譯碼器的選通進行合理的控制。選通的譯碼器主要按照地址線A12-A14值，判斷相應的輸出信號應當選為高電平或者低電平，然后再將這一信號送入至鎖存器輸入端。

圖1　開關量輸出擴展系統示意圖

如圖2所示，模擬量輸出擴展系統示意圖，多路開關與譯碼電路是組成擴展電路的主要部分。多路開關主要選取7片八選一多路模擬開關CC4051，譯碼電路主要選取兩片3-8譯碼器74LS138。在譯碼電路輸出的選通信號作用的基礎上，可以通過多路開關將模擬信號分時送至板卡中。

圖2　模擬量輸出擴展系統示意圖

3　電壓/頻率轉換電路的實現

電子線路板卡自動檢測系統對于電壓/頻率轉換的實現，主要選用LM331。LM331，實質上就是一種集成芯片，由美國國家半導體公司生產制造，其性價比十分高，LM331可以用于A/D轉換器、精密頻率電壓轉換器、長時間積分器、線性頻率調制解調以及其他相關器件中。LM331的優點主要包括以下幾個方面：1）LM331的線性度比較好，其最大非線性失真度＜0.01%；2）LM331的動態范圍較寬，在10 kHz滿量程頻率下100 dB為LM331的最小值；3）LM331的工作頻率范圍較寬，其工作頻率范圍處于1 Hz～10 kHz之間；4）LM331的功耗小，LM331在5 V下典型值主要為15 mW；5）LM331的電源范圍較寬，處于4～40 V范圍內，同時LM331還具備一定的電源短路保護功能。

電子線路板卡自動檢測系統主要選取LM331來實現電壓/頻率轉換功能，具體如圖3所示。輸入脈沖f在處于下降狀態的時候，沿著C14、R28構成的微分電路，導致負脈沖產生。對電位器RW3進行合理調節，得到Rs=RW3+R32=14.2 kΩ，因此V0=fi×10-3V。

4　線路板功能測試

4.1測試控制板

控制板主要包括保護開關電器與控制開關電氣的核心處理單元，還有外圍輔助電路，例如：通信接口、液晶、鍵盤以及信號調理、控制輸出等多個單元電路［9］。保護器在運行過程中，通過對三相電流互感器輸出電流進行監測，按照參數的具體設置，發揮自身的保護功能。在對線路板進行測試的過程中，不需要對互感器進行測量，但是需要模擬三相電源，同時還確保輸出的精確度。

圖3　LM331電壓/頻率轉換電圖示意圖

4.2測試電源板

測試電源板，主要包括反映電路特性的電壓波形與多個電源輸出電壓［10］。電源板中包含了很多參考地，測試點可以劃分為弱電與強電，強電的部分峰值＞300 V。為了對測試系統進行保護，需要隔離測量參考地與這些參考地；除此之外，當個別信號頻率處于二十多千赫茲，而且不符合相關規定標準的正弦波形時，代表其為斬波信號，且占空比大約在10%左右。所以，對于電源板的測試，需要采用直流模擬量隔離模塊，同時還需要使用到快變模擬量隔離模塊。電源板測試過程中，還應當加載數字隔離脫扣控制有效電平，對脫扣電壓波形進行實時的觀察，檢測脫扣裝置中的電磁鐵功率是否充足，確保脫扣動作可以穩定進行。測試系統根據不同連接模擬通道，對經過處理的測試參數進行讀取，然后對測試標準進行比較分析。

5　結束語

文中通過對電路輸入輸出進行擴展設計，使得電子板卡的自動檢測系統能夠對完成對更多類型的電子板卡進行檢測，彌補了傳統檢測中，監測信息少，檢測不全面的缺點。本設計中的擴張電路，以其較強的適應性、更加簡便的操作性，在多個電子企業電子板卡自動檢測系統中得到應用和推廣。但不可否認的是，該擴展電路穩定性有待改進。在電子板卡的檢測系統中，我們仍需不斷深入研究探索，使板卡的自動檢測系統更加完善。

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Electronic circuit board automatically detects the system input and output expansion circuit design

CHEN Ru
（Information and Engineering，Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xianyang 712046，China）

Based on extended circuit application requirements，the author uses the board automatic monitoring technology of input and output expansion circuit design were analyzed，combined with the various experiments，it was found that the board of the automatic detection technology has been widely used，but in practical application，because of the board's input and output interface more and different types，so the application and development of automatic detection system for board bring some trouble this conclusion.In view of this problem，this paper designs the circuit of automatic detection of input and output from the model of board input and output interface.

board testing；detection system；extension circuit；design

TN99

A

1674－6236（2016）12-0121-03

2015-07-01稿件編號：201507014

陜西省科學研究計劃項目（2014K08-37）

陳茹（1980—），女，陜西禮泉人，講師。研究方向：電子技術。