基于VPX 架構(gòu)的地測(cè)工裝繼電器卡測(cè)試卡設(shè)計(jì)

范承宇， 羅嵐芮， 孫廣明

（中國(guó)兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所， 四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引言

通用3U-VPX 地測(cè)板卡測(cè)試工裝由上位機(jī)、 測(cè)控機(jī)箱、專用測(cè)試板卡組成。 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的供電、外部激勵(lì)模擬、數(shù)據(jù)接收等功能。 其中繼電器卡測(cè)試卡，在工作狀態(tài)下，由MCU 與上位機(jī)控制，與繼電器功能卡相連，以測(cè)試32 路繼電器的閉合狀態(tài)和負(fù)載性能[1]。

1 總體設(shè)計(jì)

板卡電路由繼電器狀態(tài)測(cè)試電路、網(wǎng)絡(luò)控制電路、電源電路、串口轉(zhuǎn)接（RS232）電路、JTAG 轉(zhuǎn)接電路等組成，系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

繼電器測(cè)試電路是繼電器測(cè)試卡的功能核心，由AD采集電路與選擇電路組成。功能卡32 路繼電器電路通過(guò)VPX 連接器連接到測(cè)試卡， 經(jīng)過(guò)選擇芯片ADG5206，選擇其中一路進(jìn)行AD 采集， 經(jīng)由跟隨電路處理后接入MCU 控制端，MCU 根據(jù)接收的AD 信號(hào)，判斷32 路繼電器電路通斷情況，并計(jì)算電路的電流大小，測(cè)試卡正常工作時(shí)負(fù)載電流達(dá)到2A 認(rèn)為電路負(fù)載性能合格。 網(wǎng)絡(luò)控制電路主要由網(wǎng)絡(luò)變壓器及PHY 組成，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)MCU的控制，使其在測(cè)試?yán)^電器電路通斷與負(fù)載性能時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 測(cè)試卡使用3.3V 與5V 兩種電源， 分別由LT3972IMSE#PBF與WRA0505S-3WR2 芯片產(chǎn)生。

圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System diagram

2 繼電器測(cè)試電路

2.1 MCU 電路設(shè)計(jì)

繼電器測(cè)試電路核心部件采用Cortex M3 內(nèi)核的GD32F207VKT6 處理器，該處理器激勵(lì)電壓為3.3V，主頻為120MH， 內(nèi)部含有3072K 字節(jié)的FLASH 和256K 字節(jié)的SRAM； 具有100 個(gè)I/O 數(shù)字引腳。 工作時(shí)通過(guò)連接DP83848IVV PHY 與H5084 網(wǎng)絡(luò)變壓器， 與上位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。

2.2 選擇電路設(shè)計(jì)

32 路繼電器電路經(jīng)過(guò)VPX 連接器引至測(cè)試卡，每一路繼電器的一端上拉至3.3V，另一端接入選擇模擬開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)采用型號(hào)為ADG5206 的16 選1 芯片， 兩塊芯片相連等效實(shí)現(xiàn)32 選1，工作時(shí)由MCU 控制。 為測(cè)試電路負(fù)載性能——工作電流能否達(dá)到2A，在模擬開(kāi)關(guān)輸出端接4 個(gè)電阻控制電流， 由于此處電阻負(fù)載功率較大，4 個(gè)電阻采用并聯(lián)，每個(gè)電阻阻值為6.8Ω。 當(dāng)電路斷路時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)輸出端為低電平，電路通路時(shí)，輸出端為高電平。 模擬開(kāi)關(guān)原理圖如圖2 所示。

圖2 模擬選擇開(kāi)關(guān)原理圖Fig.2 Diagram of analog selector switch

為使電路通路時(shí)輸出的高電平穩(wěn)定， 其后接入跟隨電路， 跟隨電路采用AD8065_SOT23 運(yùn)放， 工作電壓為5V，防止輸出電壓因電路阻抗而下降；在電源與地之間加入0.1μF 和10μF 的電容用于濾波，可以消除總線上的高頻干擾，也在一定程度上防止其余電路的電磁干擾[2]。

2.3 AD 采集電路設(shè)計(jì)

AD 芯片選用ADS8685IPW 型號(hào)， 采集來(lái)自模擬開(kāi)關(guān)的模擬電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸至MCU。 在REFIO 引腳和REFCAP 引腳與地之間分別加入一10μF 電容， 在5V 電壓與地之間接入一個(gè)0.1μF 和10μF 電容，用于濾波、防干擾。AD 芯片工作電壓為5V，接入MCU 前先進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，芯片型號(hào)為iso7221，將5V 電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，并在SDO、SCLK、CS、SDI、RST 引腳各自串聯(lián)一個(gè)1K 電阻，用以限流保護(hù)電路。 AD 采集電路原理圖如圖3 所示。

圖3 AD 電路原理圖Fig.3 Diagram of AD circuit

3 電源電路設(shè)計(jì)

3.1 3.3V 電源電路設(shè)計(jì)

3.3V 電源為L(zhǎng)T3972IMSE#PBF，為模擬選擇開(kāi)關(guān)、電平轉(zhuǎn)換等功能模塊提供3.3V 電壓，電源原理圖如圖4所示。

圖4 3.3V 電源原理圖Fig.4 Diagram of 3.3V power

3.2 5V 電源電路設(shè)計(jì)

5V 電源為WRA0505S-3WR2，為電平轉(zhuǎn)換、AD 采集等功能模塊提供5V 電壓，電源原理圖如圖5 所示。

圖5 5V 電源原理圖Fig.5 Diagram of 5V power

4 板卡軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化、電路通斷判斷、電流測(cè)試等功能模塊。 工作時(shí)， 系統(tǒng)上電， 初始化GD32F207VKT6 處理器各個(gè)寄存器，配置系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)鐘頻率、系統(tǒng)中斷分組等模塊。檢測(cè)時(shí)由上位機(jī)控制MCU， 可選擇32 路繼電器電路自動(dòng)測(cè)試，在軟件程序控制下，MCU 搜集功能卡上繼電器開(kāi)關(guān)開(kāi)閉狀態(tài)與測(cè)試卡上AD 采集的高低電平，比較后判斷電路處于正常通斷、故障短路或故障斷路狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)采集的電壓計(jì)算出負(fù)載電流， 將結(jié)果信息傳輸至上位機(jī)顯示，直至每一路電路均測(cè)試完畢。 也可手動(dòng)選擇測(cè)試一路電路，單獨(dú)查看測(cè)試結(jié)果。 系統(tǒng)軟件流程圖如圖6 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖6 軟件工作流程圖Fig.6 Diagram of software workflow

使用Cortex M3 內(nèi)核的GD32F207VKT6 處 理 器，體積小、負(fù)重輕、功耗低，模擬開(kāi)關(guān)選擇電路減少了電路數(shù)量，優(yōu)化了器件布局。通過(guò)軟件系統(tǒng)操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電器功能卡的自動(dòng)化測(cè)試。該測(cè)試卡已應(yīng)用于二代VPX 地測(cè)工裝系統(tǒng)中。