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基于ISA总线多通道控制电路的设计[图]
[ 通信界 / 佚名 / www.cntxj.net / 2012/3/25 10:58:51 ]
 

摘要:信号分配在测试系统中至关重要,文中依据某型导弹测试设备的要求设计了一基于ISA总线的多通道控制电路。该电路集成了16路光耦隔离输入电路和8路继电器输出电路,可在ISA总线的控制下完成数据信号、指令信号和电源信号的输入输出。实际应用结果表明,该多通道控制电路的信号分配传输频率可达6.5 MHz,完全达到设计要求;该电路按国家军用标准设计定型,在测试领域具有广阔的应用前景。

九十年代以来,我国从俄罗斯相继引进了不同型号的导弹,同时,也引进了配套的导弹测试系统。近年来,随着导弹测试系统寿命的临近,在国内现有技术基础上延长其使用寿命是维修保障部门的重要任务。为此研制导弹测试系统关键部件的备件,成为延长系统寿命的一个重要手段。

文中依据某型导弹测试设备的要求,设计并研制了基于ISA总线的多通道控制电路:该电路集成了16路光电隔离输入通道和8路单刀双掷(SPDT)继电器输出通道,每一路输入或输出通道都配有指示灯实时标识目前的状态。在测试系统中,该控制电路可在ISA测试总线的控制下将数据信号、指令信号和电源信号分配至不同电路,实现对导弹的自动测试。实际应用结果表明,研制的多通道控制电路达到设计要求,可完全替代俄制电路。

1 ISA总线简介

ISA(Industrial Standard Architecture)总线是IBM公司于1984年进一步扩充XT总线标准而形成的。ISA总线标准支持24位的地址线、16位的数据线;支持11级中断IRQ3~IRQ7、IRQ9~IRQ12、IRQ14~IRQ15;支持7个DMA传输通道DRQ0~DRQ3、DRQ5~DRQ7;支持主从控制、I/O等待和I/O校验等功能。为了与XT总线保持向下兼容,ISA总线在信号功能的定义和物理接口上均作了特殊的安排,即保持原有的XT总线不变,重新增加一个36线的连接插槽,分成C、D两面,扩充的功能设计在C、D两面的信号线上。其引脚定义如下:

1)数据总线SD7~SD0 SD7~SD0为8位双向三态数据总线,在芯片和主接口间传输命令、数据和状态。SD7为最高位。

寄存器选择引脚为SA9~SA4、SW DIP-6(板基址011001)和AEN#。这些引脚决定转换是否响应I/O周期,当AEN#为逻辑低电平且SA9~SA4与6位拨动开关值完全匹配时,内部产生一片选信号使转换响应I/O周期。

2)地址信号SA3~SA0 I/O读写操作时作为转换电路上FPGA芯片内的寄存器选择信号。

3)读写信号IOR#,IOW#写操作中,转换在IOW#上升沿锁存数据。读操作中,当IOR#有效时,转换模块直接驱动8位数据线。

4)中断信号INTR 中断状态寄存器某使能中断为真时,INTR有效。对INTR的有效声明没有最小脉宽要求。

5)IO通道准备好信号IOCHRDY IO CHRDY变低表明当前I/O周期需要被延长。写周期中,当数据从ISA总线上被锁存时IO CHRDY变高。读周期中,数据有效时IO CHRDY变高。进行寄存器读写时IO CHRDY被拉低。IO CHRDY引脚用集电极开路逻辑门驱动,因此,此信号会由一个内部上拉电阻上拉至逻辑高电平。

6)复位信号RESET RESET信号有效时触发转换模块使FPGA硬重启。

2 工作原理

如图1所示,基于ISA总线的多通道控制电路由地址编码、继电器通道、光耦隔离电路等部分组成。其工作原理如下:电路工作时,首先将ISA总线的高位地址与板载拨码开关设定的板基地址进行比较,其低位地址通过地址编码选通3个读通道和1个写通道。读通道为端口1缓存、端口2缓存、端口3回读通道,写通道为端口3缓存通道。当工控机需要读取反馈信号时,反馈信号从接口CN2输入16路光耦,通过电阻和跳线模块设定其工作模式,数据写入端口1缓存和端口2缓存供工控机读取;同时每路光耦对应一个LED,实时显示目前工作状态。当工控机需要将信号发出时,工控机将数据写入端口3缓存,经过继电器驱动器驱动后,控制8路继电器,由DB1输出;同时,每路继电器对应一个LED,实时显示目前状态。写入端口3的数据还可以通过回读地址将其读回,回读地址与写地址相同。

3 电路设计

按照工作原理可将多通道控制电路分为地址编码电路、继电器控制输出通道电路和光耦隔离输入通道电路3部分。

3.1 地址编码电路

测试系统中每块电路板都有唯一的一个板选地址,因此若对某个模块进行读写操作,必须选定该板选地址;测试系统通常含有多块电路插板,而ISA总线不能同时读写多块电路插板,因此,测试系统需要地址编码电路,该地址编码电路位于多通道控制电路上。如图2所示,地址编码电路由上拉电阻排、拨码开关和编码芯片组成。ISA地址总线的高位地址SA2…SA9作为板选地址,与拨码开关设定的板基地址经过编码芯片U15进行比较,如果比较结果相同,选通地址编码器U2、U3,将低位地址SA0、SA1进行编码,得到读写控制信号IOR0..IOR2、IOW0。由电路图可知,对于继电器通道的控制信号写与回读使用的是同一个地址。板选地址编码方式如表1所示。

3.2 SPDT继电器控制输出电路

8路单刀双掷继电器控制输出能够实现输出开关控制、数据回读、数据所存、继电器驱动和工作状态指示功能,电路图如图3所示。其中电阻R1、R2、芯片U16和电容C17、C18、C19组成输出开关控制电路;芯片U1和U4实现数据传递功、数据所存和数据回读功能,芯片U9和U10实现继电器驱动功能,发光二极管LED17到LED24用于工作状态指示,上拉电阻排RP2实现对继电器驱动电路和工作状态指示电路的限流功能,继电器控制输出电路由继电器RLY1~RLY8及相应的输出滤波电容组成。

如图3所示,以其中一条控制通道为例,SPDT继电器控制输出电路工作原理如下:控制信号通过数据总线SD0~SD7发送给锁存器U4,在U4使能信号端的控制下,供给继电器驱动器U9,U9的输出端直接控制继电器的引脚1;当控制信号为低电平“0”时,继电器闭合,同时LED发光表示该通道继电器正在使用状态;当控制信号为高电平“1”时,继电器断开,同时LED熄灭表示该通道继电器不在使用状态;而外部数据由接口DB1输入,通过继电器的CHA、CHB和CHC触点输出到相应的模块。

数据回读时工作原理如下:数据总线SD0~SD7首先经过锁存器U4后,一路连接到继电器控制器,另一路连接到总线驱动器U1,当工控机发出读端口3的命令时,U1选通,数据被重新读回ISA总线。

3.3 16路光耦隔离输入电路

16路光耦隔离输入电路如图4所示,芯片U7、U8、上拉电阻排RP5、RP6和发光二极管LED1~LED16构成工作状态指示电路;芯片U5、U6和上拉电阻排RP3、RP4构成数据传递及所存电路;电容C1~C16、集成光耦U11~U14、续流二极管DK1~DK16和电阻RK1~RK16构成16路光耦隔离输入电路;接插件JP1和M1~M16构成输入数据状态选择电路。

如图4所示,以其中第一路为例,其工作原理如下:M1的IP1+和IP1-设定光耦的工作模式后,数据由M1的PN1+和PN1-经电阻RK1限流后输入光耦U11的7、8引脚;然后由光耦U11的9、10引脚输出锁存器U6的2号引脚;在经U6的18引脚输入数据总线SD0位。光耦输出的数据同时输入驱动芯片U7的8好引脚,经U7的12引脚控制发光二极管LED1的状态,表示传递的数据。若由M1输入的为高电平“1”,则LED1发光;否则,LED1熄灭。

4 实验结果

地址编码电路实验波形如图5所示,图中9、10、11分别表示图2中SA0、SA1、/IOR,图中1~7代表图2中芯片U2或U3的15~7引脚。从实验结果可以看出当SA0、SA1、/IOR都为低电平“0”时,/IOR0为低电平“0”,/IOR0有效选中相应的模块,实现地址编码功能。

8路SPDT继电器控制输出电路实验结果如表2所示,当选通信号为高电平“1”时,控制信号为高阻态“X”,8路继电器状态均为“闭合”;当选通信号为低电平“0”时,在相应控制信号作用下,相应继电器的状态发生变化;达到设计要求。

5 结论

ISA总线是测试系统通用且最常用的测试总线,测试系统的数据信号、指令信号和地址信号都是在ISA总线下进行传递和转换的。本文依据某型导弹测试系统的需求,设计研制了一款基于ISA总线的多通道控制电路,该电路可以通过8路SPDT继电器通道和16路光耦电路对来自ISA总线的信号进行传输或转换。导弹测试系统信号分配传输的频率为6.5 MHz,而该板在测试系统上能正常应用,因此该电路板的信号分配传输频率亦可达6.5 MHz,满足了设计要求。该板根据国军标进行设计,经环境实验、电磁干扰实验和运输实验后,正式定型量产并交付部队使用。该板的研制解决了国外购买价高且周期长的困难,有力提高了某型导弹测试设备的自主维修能力;该板也可应用于其他基于ISA总线的测试系统,具有广阔的应用前景。

 

作者:佚名 合作媒体:不详 编辑:顾北

 

 

 
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