Программно-аппаратный комплекс для проведения специальных комплексных проверок электронных устройств (стр. 5 из 9)
– реле РЭС80А – слаботочное низкочастотное электромагнитное реле, основное назначение – коммутация электрических сигналов с частотами до 10 – 1000 КГц при соответствующем уменьшении нагрузки;
– соединители 2РМД и ГРПМ1-45ШУ2-В, отличающиеся достаточной надежностью и малыми габаритами.
3.3 Выбор кода обмена между адаптером и персональным компьютером
3.3.1 В режиме формирования параметров проверки задача пользователя выбрать алгоритм включения (параллельный, последовательный, выборочный) цепей, необходимые цепи для включения питания (из 8) и проверки (из 16). Передать выбранные параметры в адаптер, получив ответ (корректное подключение, не корректное подключение) отобразить формат ошибки. Структура действий показана на рисунке 3.1.
3.3.2 Обмен информацией между ПЭВМ и адаптером происходит по последовательному каналу связи согласно протоколу RS-232. Согласно выбранной последовательности кодограмма обмена ПЭВМ и адаптера имеет вид представленный на рисунке 3.2.
Управляющее слово состоит из четырёх байт:
– 1 байт – номер режима;
– 1 байт – выбор цепей, к которым подключается питание;
–-2 байта – выбор цепей, подлежащих тестированию.
Рисунок 3.1 – Последовательность действий пользователя ПЭВМ
Размер поля «Выбор цепей подключения питания» определяется количеством цепей, на которые необходимо подавать питание (в нашем случае, количество цепей подачи питания – 8, поэтому выбирается 1 байт, каждый бит которого соответствует срабатыванию одного из восьми реле. Состояние логической «1» – подача питания на соответствующий ключ, состояние логического «0» – ключ остаётся в исходном состоянии). Размер поля «Выбор цепей тестирования» определяется количеством проверяемых цепей (в нашем случае, количество цепей – 16, поэтому выбирается 2 байта, каждый бит которых соответствует состоянию одной из цепей. Состояние логической «1» – осуществляется проверка, состояние логического «0» – не проверяется.
Рисунок 3.2 – Кодограмма обмена ПЭВМ и адаптера
3.3.3 Сформированная посылка размером 4 байта и содержащая параметры проверки состояния цепей передаётся в адаптер, который осуществляет подключение и проверку цепей в соответствии с заданным режимом и отправляет ответ о корректности работы проверяемого устройства в виде трёх слов состояния.
Каждое слово содержит информацию об ошибках в тестируемых цепях. Размер слова 3 байта. Первый байт отвечает за вид (форму ошибки). Возможно три варианта: ошибка состояния цепей до начала тестирования, ошибка подключения во время тестирования, ошибка восстановления после окончания тестирования. В каждом слове фиксированное значение режима. Первое слово значение первого байта 0000 0001 – ошибка состояния цепей до начала тестирования. Второе слово значение первого байта 0000 0010 – ошибка подключения во время тестирования. Третье слово значение первого байта 0000 0011 – ошибка восстановления после окончания тестирования. В каждом слове фиксированное значение режима. Второй и третий байт отвечают за номер цепи, в которых обнаружена ошибка. Один бит соответствует одной из 16 цепей. В результате ответа адаптера в ПЭВМ должно придти три слова, в которых указано номер и вид ошибки. Заданные параметры и результаты тестирования анализируются и отображаются на мониторе ПЭВМ.
3.4 Общее программное обеспечение
3.4.1 В устройствах управления физической установкой (контроллерах) на основе микро-ЭВМ аппаратурные средства и программное обеспечение существуют в форме неделимого аппаратно-программного комплекса. При проектировании контроллеров приходится решать одну из самых сложных задач разработки, а именно задачу оптимального распределения функций контроллера между аппаратурными средствами и программным обеспечением. Решение этой задачи осложняется тем, что взаимосвязь и взаимовлияние аппаратных средств и программного обеспечения в микропроцессорной технике претерпевают динамичные изменения. Если в начале развития МП-техники определяющим было правило, в соответствии с которым аппаратные средства обеспечивают производительность, а программное обеспечение – дешевизну изделия, то в настоящее время это правило нуждается в серьезной корректировке.
Так как МК представляет собой стандартный массовый (относительно недорогой) логический блок, конкретное назначение которого определяет пользователь с помощью программного обеспечения, то с ростом степени интеграции и, следовательно, функционально-логических возможностей МК резко понижается стоимость изделия в пересчете на выполняемую функцию, что в конечном итоге и обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей изделий на МК. При этом затраты на разработку программного обеспечения изделия в 2 – 10 раз превышают (за время жизни изделия) затраты на приобретение и изготовление аппаратных средств.
Структурная схема программного обеспечения ПАК приведена на рисунке 3.3. Общее программное обеспечение ПАК состоит из программного обеспечения ПК и программного обеспечения адаптера. Более подробное описание этих блоков приводится ниже.
3.4.2 Программное обеспечение адаптера.
Программное обеспечение (ПО) адаптера включает в себя:
– ПО обмена данными;
– ПО обработки информации;
– тестовое ПО.
ПО обмена данными выполняет следующие функции:
– обеспечивает прием/передачу данных от персонального компьютера по последовательному порту;
– обеспечивает обмен данными с объектом тестирования по параллельно-последовательному интерфейсу;
– выполняет функцию согласования скоростей приема/передачи данных между ПК, адаптером и объектом тестирования.
Рисунок 3.3 – Структурная схема программного обеспечения программно-аппаратного комплекса
ПО обработки информации выполняет действия над данными (чтение/запись в ОЗУ, математическая и логическая обработка), необходимые для согласования персонального компьютера и объекта тестирования.
Тестовое программное обеспечение выполняет проверку работоспособности системы, в частности обеспечивает тестирование ОЗУ, проверку отдельных каналов параллельно-последовательного интерфейса связи с объектом тестирования, проверку последовательного порта связи с персональным компьютером. Все программное обеспечение адаптера написано на языке ASM MK-51.
3.4.4 Программное обеспечение персонального компьютера.
ПО ПК включает в себя:
– стандартное ПО;
– интерфейс пользователя;
– ПО обмена и обработки данных.
Стандартное ПО персонального компьютера должно содержать: BIOS, DOS версии 6.22. Для обеспечения удобства использования интерфейса пользователя, в составе стандартного ПО могут использоваться Norton Commander версии 5.00 и Windows версии 3.11.
Программа-интерфейс пользователя выполняет следующие функции:
– обеспечивает ввод/вывод данных, необходимых для управления процессом проверки;
– выполняет обработку данных, вводимых пользователем и получаемых от адаптера в соответствии с задачами управления.
3.5 Расчетная часть
3.5.1 Произведем расчет функционального узла адаптера – измерительной схемы [1] на трех операционных усилителях [2], которая показана на рисунке 3.4.
Схема, представленная на рисунке 3.4, построена так, что она усиливает только разность напряжений, поданных на её входы, и не реагируют на синфазное напряжение. Представляет собой дифференциальный усилитель на каждый вход, которого поступает сигнал с операционных усилителей, включенных как неинвертирующие повторители. Данная схема предназначена для измерения разности потенциалов между двумя точками электрической цепи (контакты ключей ВУ). Для измерения напряжения на контактах ключа необходимо чтобы усиление дифференциального сигнала было намного больше усиления синфазного сигнала, в этом случае коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максимальным.
Рисунок 3.4 – Измерительная схема на трех операционных усилителях
При выполнении соотношения R4R7 = R5R6, достигается оптимальный КОСС и Uвых = (U/1 – U/2)R5 / R4.. Напряжение на резисторе R1 составляет
U1 – U2. Отсюда следует, что U/1 – U/2= (1+(R2+R3/R1))(U1 – U2), тогда
Так как необходимо проверить сопротивление цепи при замкнутом или разомкнутом ключе (разомкнут – R > 106 Ом, замкнут – R < 0,5 Ом) и обеспечить согласование с логикой КМОП (так как сигнал с выхода операционного усилителя поступает на входы микросхемы 1554 КП7 – мультиплексор), то с помощью подбора резисторов определяем нужный коэффициент усиления. Необходимо обеспечить R < 0,5 Ом при токе в 1А, входной уровень нуля для КМОП < 0,3 Uпит, то есть 0,3 · 5 = 1,5 В, следовательно Кд = 1,5 В / 0,5 Ом · 1 А = 3. Входной уровень единицы для КМОП > 0,7 Uпит, то есть 0,7 · 5 В = 3,5 В, если измеренное напряжение ≥ 3,5 В, то ключ разомкнут и сопротивление можно считать достаточно высоким.
Итак,
(3.1)Обычно выбирается R2 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7.
Типичное значение сопротивления R1 не менее 1 кОм, чтобы исключить перегрузку источника сигналов (потребление от него чрезмерно большого тока). Для соблюдения равенства в формуле (3.1) необходимо чтобы выполнялось соотношение R2 + R3 = R1, следовательно, выбираем в качестве резисторов R1, R2, R3 резисторы типа C2-33H-0,125-1 кОм +5%-А-Д-В.