１概述
工業(yè)控制器作為工業(yè)監(jiān)測(cè)控制的關(guān)鍵設(shè)備，其應(yīng)用越來越廣泛，然而其使用前的測(cè)試還 停留在人工測(cè)試階段，采用人工測(cè)試存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、不夠精確等缺點(diǎn)。本文作者在Ｗｉｎｄｏｗ ｓ ９８下開發(fā)的基于ＰＣ機(jī)工業(yè)控制器測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了帶ＲＳ２３２通訊接口工業(yè)控制器模擬量精度的自動(dòng)校驗(yàn)和開關(guān)量信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)為工業(yè)控制器的測(cè)試提供了一種快速、準(zhǔn)確、可靠的自動(dòng)測(cè)試工具。
２ 測(cè)試系統(tǒng)組成及原理
為使測(cè)試系統(tǒng)有良好的用戶界面，縮短開發(fā)周期，測(cè)試系統(tǒng)采用了現(xiàn)成ＰＣ機(jī)加上自行設(shè)計(jì) 的ＩＳＡ 總線Ｉ／Ｏ測(cè)試板卡的設(shè)計(jì)方案，其核心是一個(gè)基于ＩＳＡ總線測(cè)試板卡的數(shù)據(jù)采集與控制 系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)由ＰＣ機(jī)主板、ＩＳＡ總線測(cè)試板卡、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)和相應(yīng)的測(cè)試軟件 組成，參見圖１，測(cè)試板卡信號(hào)輸出端（ＡＯ，ＤＯ）和控制器的信號(hào)輸入端（ＡＩ，ＤＩ）連接 ，測(cè)試板卡信號(hào)輸入端（ＡＩ，ＤＩ）和控制器的信號(hào)輸出端（ＡＯ，ＤＯ）連接，ＰＣ機(jī)的ＲＳ２３２串 口和被測(cè)控制器的ＲＳ２３２串口相連，形成若干閉環(huán)測(cè)試回路。
當(dāng)測(cè)試控制器的ＡＩ通道時(shí)，通過測(cè)試板卡的ＡＯ通道向被測(cè)試控制器發(fā)出測(cè)試激勵(lì)信號(hào)（給 定值），經(jīng)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換送到控制器ＡＩ通道，再進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，所得實(shí)測(cè)值從串口返回ＰＣ機(jī)，和相應(yīng)給定值進(jìn)行比較，得出該測(cè)試點(diǎn)測(cè)量精度；控制器ＡＯ通道的測(cè)試是先通過串口發(fā)給定值到控制器模擬輸出通道，通過測(cè)試板卡的ＡＩ通道采集實(shí)測(cè)值，計(jì)算該點(diǎn)測(cè)量精度。開關(guān)量的測(cè)試與之類似，將給定邏輯值和實(shí)測(cè)邏輯值進(jìn)行比較即可。 
３ 測(cè)試板卡框圖及簡(jiǎn)介
測(cè)試板卡框圖見圖２，測(cè)試板卡由模擬輸入通道、模擬輸出通道，開關(guān)量信號(hào)的 輸入和輸出以及接口電 路組成，模擬輸入通道包括了模擬信號(hào)電流／電壓轉(zhuǎn)換電路、多路模 擬開關(guān)、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換部分 ，模擬輸出通道包括了多路Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器、恒流源電路和輸出信號(hào)轉(zhuǎn)接 電路。板卡共有８路模擬量輸入、１４路模擬量輸出和８路開關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入輸 出信號(hào)為４￣２０ ｍＡ電流，模擬量輸入的測(cè)量精度為０１２５ ‰，模擬量輸出的測(cè)量精度為 ０５ ‰。開關(guān)量輸入信號(hào)為無源觸點(diǎn)或ＴＴＬ電平輸入，開關(guān)量輸出信號(hào)為ＴＴＬ電平輸出，足 以滿足工業(yè)監(jiān)控器的精度測(cè)試和電氣連接要求。
４．１系統(tǒng)精度
系統(tǒng)精度是指模擬輸入、輸出通道的精度，在設(shè)計(jì)中從７個(gè)方面進(jìn)行了考慮。
（１）采用低溫漂系數(shù)精密電阻取樣
取樣電阻將模擬量輸入信號(hào)０－２０ｍＡ變換成０－２Ｖ電平信號(hào)，選用０．２ ‰低溫漂系數(shù)的精密電阻，以保證取樣精度。
（２）模擬濾波
模擬量輸入信號(hào)經(jīng)ＲＣ低頻、高頻濾波，濾除高頻噪聲和低頻噪聲。
（３）采用４１／２位雙積分Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器ＩＣＬ７１３５
雙積分式Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器測(cè)量的是輸入電壓在積分時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，能有效地抑 制工頻干擾，其轉(zhuǎn)換精度較高。
Ａ／Ｄ芯片外圍電路也是影響Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度的因素。為保證轉(zhuǎn)換精度，除了采用高精度 基準(zhǔn)參考源，其正負(fù)工作電源必須穩(wěn)壓；為減少ＩＣＬ７１３５在積分轉(zhuǎn)換階段的非線性 ，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率應(yīng)限制在１６６ ｋＨｚ內(nèi)，取信號(hào)積分周期為工作電源周期的整數(shù)倍。
（４）模擬量的輸出傳輸采用電流形式
采用電流傳輸能消除傳輸電阻壓降對(duì)精度的影響，且電流傳輸時(shí)兩線間呈低阻，使外界干擾對(duì)傳輸線的作用減小。
（５）選用分辨率為１３位的Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器ＭＡＸ５４７
ＭＡＸ５４７為ＭＡＸＩＭ公司的并行八通道電壓輸出Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，具有集成度高，滿１３位有效 、每路帶雙緩沖輸入鎖存器等特點(diǎn)。由于芯片Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路通過“Ｒ－２Ｒ”梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) ，基準(zhǔn)參考電壓輸入端的負(fù)載變化范圍達(dá)１０倍，需選擇負(fù)載調(diào)整率小的基準(zhǔn)參考源，為消除Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換的互相影響，ＩＣＬ７１３５和ＭＡＸ５４７基準(zhǔn)參考源分別進(jìn)行了配置 。
（６）采用自行設(shè)計(jì)的高穩(wěn)定性恒流源電路
恒流源電路如圖３所示，前級(jí)電路將ＭＡＸ５４７輸出電壓值＋２５ Ｖ轉(zhuǎn)換成與后級(jí)電路輸出電 流４－２０ ｍＡ成線性比例的電壓值，且具備調(diào)零、調(diào)滿量程功能。后級(jí)電路起信號(hào)轉(zhuǎn)換、恒流驅(qū)動(dòng)作用，即將前級(jí)輸出電壓變換成電流輸出，并保證輸出電流信號(hào)不隨外加負(fù) 載改變而變化。為保證精度，恒流電阻Ｒ１３選用了低溫漂系數(shù)精密電阻。
（７）接地
為使數(shù)字電路中數(shù)字負(fù)載的噪聲耦合到模擬電路的誤差最小，將模擬地與數(shù)字地分開接，模擬地僅在一點(diǎn)和數(shù)字地相連，使得數(shù)字部分的電流不會(huì)流到模擬回路中去。 
４．２抗干擾措施測(cè)試
系統(tǒng)位于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，且和被測(cè)控制器近距離連接，主要干擾源是電源系統(tǒng)。所采取的措施有：在每組電源輸入端加入高、低頻濾波，對(duì)每個(gè)芯片電源加對(duì)地濾波，大大地降低了各芯片間的串?dāng)_；板內(nèi)電源線、地線加粗、地線敷銅，從而減少接地參考點(diǎn)隨電流的變化。
４．３Ｉ／Ｏ地址沖突的解決
測(cè)試板卡Ｉ／Ｏ端口編址方式為Ｉ／Ｏ端口單獨(dú)編址，該方式下Ｉ／Ｏ端口地址與存儲(chǔ)單元地 址 重疊，需用指令來區(qū)別是對(duì)存儲(chǔ)器操作還是對(duì)Ｉ／Ｏ地址操作。因此，板卡的端口地址譯碼電 路應(yīng)同時(shí)加Ｉ／Ｏ讀（或Ｉ／Ｏ寫）指令和表示ＤＭＡ操作正在進(jìn)行的ＡＥＮ之反向信號(hào)來限定，當(dāng)ＣＰＵ 或ＤＭＡ訪問存儲(chǔ)器時(shí)，端口地址譯碼電路的輸出就不可能有效。
４．４總線驅(qū)動(dòng)
測(cè)試板卡板內(nèi)總線驅(qū)動(dòng)是必須的，在板內(nèi)加雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)，既可避免發(fā)生數(shù)據(jù)總 線競(jìng)爭(zhēng)，又能減輕系統(tǒng)總線負(fù)擔(dān)。而板內(nèi)地址可不加驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榘鍍?nèi)地址驅(qū)動(dòng)為單向驅(qū)動(dòng)， 地址信號(hào)對(duì)系統(tǒng)總線構(gòu)成的負(fù)載不會(huì)造成系統(tǒng)工作不正常。
５軟件設(shè)計(jì)
試系統(tǒng)在Ｗｉｎｄｏｗ ９８操作系統(tǒng)下開發(fā)，測(cè)試軟件用基于控件對(duì)象可視化編程的Ｖｉｓｕａ ｌ Ｂａｓｉｃ ６．０編制，測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理選用了Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ ７．０ 。整個(gè)系統(tǒng)具備自動(dòng)、手動(dòng)測(cè)試功能，自動(dòng)測(cè)試方式自動(dòng)完成被測(cè)控制器所有通道測(cè)試，手動(dòng)測(cè)試方式測(cè)試任意單項(xiàng)、任意通道。可存儲(chǔ)、顯示、打印當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)并查詢歷史測(cè)試數(shù)據(jù)。
軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中共設(shè)４個(gè)模塊完成上述功能：
①Ｉ／Ｏ端口的初始化；
②數(shù)據(jù)采集模塊；
③通訊模塊；
④實(shí)時(shí)顯示模塊。