CPLD在線纜快速測(cè)試技術(shù)中的應(yīng)用

1.引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)以其高速、高可靠以及開發(fā)便捷、規(guī)范、能完成任何數(shù)字器件功能的優(yōu)點(diǎn)[1]， 越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電子儀器中。

線纜的安裝質(zhì)量的好壞將直接影響電氣柜的質(zhì)量，因此線纜測(cè)試是電氣柜線纜安裝過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)。線纜快速測(cè)試技術(shù)是指實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確、同時(shí)測(cè)試多條線纜的連通性能(通斷、短路、錯(cuò)接)，是目前多數(shù)電氣傳動(dòng)類企業(yè)所希望使用的技術(shù)[2]。

本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外線纜測(cè)試技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了一種新型便攜式線纜組快速測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)采用兩塊CPLD 用于接口電路，從而實(shí)現(xiàn)多組線纜(內(nèi)有多條導(dǎo)線)同時(shí)測(cè)試，檢測(cè)線纜的通斷、短路和錯(cuò)接情況，進(jìn)而達(dá)到快速檢測(cè)線纜連通性能的目的。

2.測(cè)試系統(tǒng)工作原理

線纜的連通性是指線纜中任意兩根線之間不得短路、斷路及錯(cuò)接[3]，是其他線纜特性測(cè)試的基礎(chǔ)。電氣柜因型號(hào)不同，每組線纜的數(shù)量不同，多者可達(dá)幾十條，少者僅有幾條。為了使測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用具有廣泛性，本文將CPLD引入設(shè)計(jì)中，將被測(cè)線纜組接于兩塊基于CPLD的接口電路之間。用戶通過(guò)鍵盤輸入待檢測(cè)線纜組的圖號(hào)，然后按開始鍵后CPLD工作，輸入的信號(hào)通過(guò)被測(cè)線纜輸出到另一CPLD進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匯總，然后通過(guò)SPI(Serial Peripheral Interface)接口模塊將數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)對(duì)比接收和發(fā)射的數(shù)據(jù)，從而判斷出線纜組中每條線纜的連接狀況，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)液晶顯示屏顯示。測(cè)試系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

3.CPLD 的設(shè)計(jì)

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)采用兩塊CPLD(EPM7128)，一塊作為信號(hào)源(CPLD 1#)，另一塊作為信號(hào)采集(CPLD 2#)。CPLD 1#的主要工作是接收單片機(jī)發(fā)來(lái)的‘Start’和‘CP’命令，并以‘CP’為觸發(fā)信號(hào)將‘1’進(jìn)行移位且并行輸出(位數(shù)與被測(cè)線數(shù)相等)。其內(nèi)部模塊連接圖如圖2 所示[6-7]。

CPLD2# 的主要工作是將由CPLD 1# 輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)被測(cè)線纜進(jìn)行采集，且將并行位數(shù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，其內(nèi)部模塊連接圖如圖3 所示，其中包括SST_AND 和CPLD_MCU 兩個(gè)模塊[6-7]。SST_AND 與門電路的主要作用是：只有CPLD 2# 在工作時(shí)單片機(jī)才能向CPLD 1# 中輸出數(shù)據(jù)，這樣保證數(shù)據(jù)的可靠性和正確性;CPLD_MCU 模塊的作用是完成輸入數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI 接口傳送給單片機(jī)。值得注意的是，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)在CPLD2#的I/O 口上增加下拉電阻，以避免采集信號(hào)時(shí)出錯(cuò)。

4.仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的接口電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求，本文對(duì)兩塊CPLD 進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。CPLD1#的仿真波形如圖4 所示。

圖4 CPLD1# 仿真波形

由圖4 可知，當(dāng)CPLD1#接收到‘Start’命令后，在‘CP’觸發(fā)信號(hào)的作用下，Sign_out 端口依次輸出(00001000)B、(00010000)B、(00100000)B 等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將‘1’進(jìn)行移位且并行輸出。

SST_AND 模塊的仿真波形如圖5 所示，CPLD_MCU 的仿真波形如圖6 所示。

在圖5 中，SS 端的信號(hào)來(lái)自單片機(jī)，當(dāng)SS 端的信號(hào)與CPLD1#的CP_out 端信號(hào)皆為高電平時(shí)，CPLD2#才可開始采集信號(hào)。由圖6 可知，由CPLD1#輸出的8 位并行數(shù)據(jù)(10101101)B 經(jīng)Sign_in 端口進(jìn)入CPLD2# 的 CPLD_MCU 模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，MISO 端輸出為串行數(shù)據(jù)。

通過(guò)圖 4-圖6 的仿真結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的CPLD 接口電路能夠?qū)崿F(xiàn)多條線纜的同時(shí)測(cè)量。本文設(shè)計(jì)的CPLD 接口電路最多能同時(shí)測(cè)量64 條線纜的連通性能(受CPLD芯片I/O 引腳數(shù)量的限制)，若要同時(shí)測(cè)試更多線纜，只需更換CPLD 芯片即可。

5.總結(jié)

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用CPLD 器件I/O 接口多的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新地將CPLD 引入到線纜測(cè)試技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了多條線纜連通性的同時(shí)測(cè)量。仿真實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)思路正確，方案可行，為高效、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)電氣柜線纜組的測(cè)試提供了新的、有效的途徑。