某综合测试系统子模块开关矩阵设计
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摘要:近年来,具有PXI接口的仪器构成的测试系统以其成本低、体积小和性能好的优点,引起了广泛关注和应用。文章以微控制器AT89S52为中心,以三线简单串口为通信方式,设计了某自动测试系统的子模块开关矩阵。此模块通过串口与主控机通信,实现了对测试信号的通道选择和功率衰减,提高了测试效率和测试的自动化程度。
关键词:AT89S52;串口通信;自动测试;PXI接口;测试系统;开关矩阵
中图分类号:TN927文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0047-02
随着电子系统的复杂程度日益增加和产品上市时间的日益紧迫,对电子系统的测试及测试效率就显得尤为重要。因此,迫切需要自动和半自动的测试系统来取代人工测试系统。近年来,随着各种总线接口模块化测试仪器的出现,使得自动化测试系统的构建成为现实。其中,具有PXI(PCI eXtension for Instrumentation)接口的仪器构成的测试系统以其成本低、体积小和性能好,越来越引起人们的关注和广泛的应用。
一、综合测试系统的构成
根据需求,综合测试系统包括开关矩阵、PXI机箱及工控机和PXI接口仪器,如射频信号源,射频频谱分析仪等。综测系统示意图如图1所示:
开关矩阵在测控主机的控制下,对被测信号进行通道选择和功率衰减后,再送给测试设备,如频谱分析仪,实现对被测设备输出信号频谱分析、功率测试及其他技术参数的测试。带有PXI接口的仪器模块插在同一个PXI机箱中,受机箱内零槽工控机的统一控制,使得测试的自动或半自动得以实现,大大提高了测试的灵活性和效率。
开关矩阵处于被测设备和测试仪器中间,是测试系统不可或缺的模块之一。对提高测试效率有较大贡献。开关矩阵具体由射频信号切换和控制电路两部分构成。
(一)射频信号切换部分
射频信号切换部分由射频开关和同轴电缆互连而成,主要功能是实现射频信号通道选择和功率衰减。原理图如图2所示。
(二)控制电路部分
控制电路通过RS232串口与综测工控机通信,接收来自工控机的控制命令并解析,控制射频开关的断通和程控衰减器的衰减量,实现射频信号的通道切换与功率衰减。控制电路电路具体由硬件和软件两部分构成。
1.控制电路硬件设计。硬件电路功能框图如图3所示:
(1)电源部分。电源设计要求:1)输入交流220V,50Hz,输出直流+5V和直流+12V;2)+5V供给微控制器AT89S52及电路;3)+12V供给射频同轴开关。
根据设计要求,以及射频开关切换时瞬时功耗较大,且对电源文波等指标要求不高,控制板面积尽量小。考虑以上综合因素,采用开关稳压电源模块AC-DC实现电源要求。
(2)微控制器选型。根据设计要求,微控制器只是用来实现与测控机串口通信和对外输出控制信号,因此8位单片机可满足要求。故选用了AT89S52作为控制器。其优点如下:1)51兼容系列8位单片机,应用广泛,开发难度低;2)可在线烧写程序,无需编程器,降低开发成本;3)有片内WATCHDOG模块,增强可靠性。
(3)继电器驱动电路。用DS75451驱动芯片来驱动继电器,电路设计简单且可靠。为了避免电磁继电器线圈断电时产生的感生电动势过高,损坏驱动电路,需在线圈两端并联开关二极管1N4148,用来提供泄放回路,从而起到保护驱动电路的作用。
2.控制电路软件设计。开发环境选择Keil公司的uvision2集成开发环境,用C语言编写程序。降低开发难度的同时,又能提高开发效率。程序流程图如图4所示。
三、开关矩阵与上位机串口通信协议
(一)通信方式约定
1.通信方式:简单串口通信,三线制:TxD,RxD,GND;
2.通信速率:9600bps;
3.无校验,1位停止位,8位数据位。
(二)通信数据约定
上位机传送给开关矩阵的有效数据包含两方面信息:首先是开关矩阵的工作模式,其次是衰减器衰减的具体数值。一次有效命令需传输两个字节,第一个字节为开关矩阵工作模式,第二个字节为具体衰减数值。开关矩阵收到有效命令后,上传命令有效标志符;若收到的是无效命令,上传命令无效标识符。
四、结语
基于微控制器AT89S52和串口通信实现的开关矩阵,提高了测试系统的灵活性和效率。在类似的测试系统中必将获得广泛应用。
参考文献
[1]张培人,孙占辉,等.MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
作者简介:石金才(1978-),男,河南唐河人,电子科技大学空天科学技术研究院硕士研究生,研究方向:嵌入系统式、锁相环频率合成。