Программно-аппаратный комплекс для проведения специальных комплексных проверок электронных устройств

Двунаправленный порт Р0 и квазидвунаправленные порты Р1, Р2, Р3 являются портами ввода/вывода и предназначены для обмена информацией МК с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода/вывода.

Память данных предназначена для приема, хранения информации, используется в процессе выполнения программ.

3.2.3 Электрическая принципиальная схема ПАК разработана с использованием микросхем серии 1554 отечественного производства [8]. Она была выбрана по результатам сравнительной характеристики серий микросхем, представленной на рис.1.Так, в сочетании с высоким быстродействием, микросхемы серии КР1554 обладают низкой потребляемой мощностью и большой нагрузочной способностью. Что позволяет разработчикам аппаратуры существенно улучшить технические и технико-экономические характеристики разрабатываемых изделий.

Микросхемы серии КР1554 изготавливаются по 1.4 мкм КМОП технологии с окисной изоляцией, поликремневым затвором. Используется двухуровневая металлизация, которая позволяет наряду с уменьшением размеров кристалла получить уменьшение амплитуды помех по шинам земли и питания. Серия 1554 микросхем обладает следующими характеристиками:

- низкая потребляемая мощность - 0,0025 мВт/вентиль при частоте переключения 1 МГц (характерно для микросхем, изготовленных по КМОП технологии, в отличие от ТТЛШ, которые имеют ток потребления в статическом режиме на три порядка больше - 1,2 мВт/вентиль на этой частоте)

- высокое быстродействие время задержки распространения 4 нс;

- работоспособность в широком диапазоне напряжений питания от 3,3 до 5,5 В, чем не обладают биполярные микросхемы (4,5 - 5,5 В);

- относятся к помехоустойчивым сериям микросхем, что снижает стоимость оборудования, т.к. позволяет снизить затраты на обеспечение необходимых гальванических развязок, и других мер защиты от помех, а также облегчает требования к топологии печатных плат;

- низкие значения входных токов (доли микроампер) и мощные выходные каскады, обеспечивающие выходные токи в десятки миллиампер, что позволяет подключать к ним нагрузки и без дополнительного усилителя сигнала. Это повышает надежность систем, т.к. не требуются дорогостоящие стабилизированные источники питания большой мощности, теплоотводы и т.д.

Микросхема 1554 ИР22 - восьмиразрядный регистр на D-триггерах с потенциальным входом C. Выходные буферные каскады микросхемы устанавливаются в третье состояние, если на вход разрешения состояния высокого импеданса EZ подано напряжение высокого уровня. Используется в качестве регистра-защелки для того чтобы было возможно использовать адреса А0-А7, которые убираются с линий порта Р0, давая возможность вести обмен данными. Третье состояние используется для отключения устройства, что необходимо для нормальной работы шины, так как только одно устройство может выставлять данные на магистраль.

Микросхема 1554 ИР23 - восьмиразрядный управляемый по фронту регистр с параллельным вводом-выводом данных с тремя состояниями на выходе. Регистр на D-триггерах с динамическим входом С. Выходные буферные каскады микросхемы устанавливаются в третье состояние, если на вход разрешения состояния высокого импеданса EZ подано напряжение высокого уровня. Два регистра с асинхронной записью информации 1554ИР23 представляют собой ячейки оперативной памяти. Каждой ячейке оперативной памяти соответствует одно реле (один ключ), отвечающий за подключения питания на тестируемые цепи.

Микросхема 1554 ТЛ2 содержит шесть идентичных логических элементов со стандартными активными выходами, выполняющих Булеву функцию .

Наличие на входах элементов гистерезиса позволяет использовать микросхему в качестве формирователя сигналов.

Микросхема 1554ЛИ1 состоит из четырех независимых логических вентилей в одном корпусе, выполняющих функцию 2И.

Микросхема 1554 КП7 представляет собой селектор-мультиплексор из 8 в 1 и в зависимости от установленного на входах SED1 - SED3 кода разрешает прохождение сигнала на выходы Y и не Y только от одного из восьми информационных входов D0 - D7, при этом на входе разрешения выбора данных должно быть установлено напряжение низкого уровня. Выбор этой микросхемы основывается именно на количестве и назначении выводов (из 8 в 1), так как нам необходимо получить сигнал от одной из 8 цепей. Так как общее количество тестируемых цепей 16, то используем две микросхемы и задействуем два порта МК.

Микросхема 1554 ИД7 представляет собой дешифратор/демультиплексор 3 на 8. Используем микросхему в качестве дешифратора, тогда входы D0, D1, D2 являются информационными, а входы ST1, ST2, ST3 - входы разрешения. На входы подаётся адрес от МК (в виде двоичного кода), который возбуждает один из 8 выходов, при этом входы разрешения должны быть активными. Выбор этой микросхемы основывается именно на количестве и назначении выводов (8 выходов), так как необходимо управлять подключением восьми цепей внешнего устройства.

3.2.4 В качестве ПЗУ микроконтроллера 1830ВЕ31У целесообразно использовать микросхему памяти матричного типа 1623РТ2А, с возможностью однократного программирования информационной емкостью (8Кх8 бит). Программирование осуществляется электрически посредством пережигания поликремниевых перемычек. Микросхема памяти 1623РТ2А устойчива к воздействиям спец факторов и обладает достаточным объемом памяти. Использование микросхем с электрическим и ультрафиолетовым стиранием нецелесообразно из-за возможности потери информации при прохождении высоковольтных помех по цепям питания и воздействии ярких вспышек света. Потеря информации с микросхем матричного типа возможна только при физическом разрушении самого кристалла.

3.2.5 Микросхема 537 РУ9 используется в качестве ОЗУ микроконтроллера 1830ВЕ31У. Статическая память с байтовой организацией объёмом 2К?8 бит (1К=1024). Относится к серии КМДП-микросхемам статических ОЗУ. Для них характерно сравнительно невысокое быстродействие, высокая помехоустойчивость, малая потребляемая мощность, способность сохранять записанную информацию при напряжении питания 1,5…3В, по входу и выходу совместимы с ТТЛ уровнями. Достоинства таких микросхем: большая емкость, специфика энергопотребления (нет сквозного тока), ток утечки мал. Существуют динамические ОЗУ запоминающая ячейка - конденсатор, который способен разряжаться, что является отрицательным качеством, так как теряется хранящаяся информация.

3.2.6 Кварцевый резонатор, подключаемые к выводам корпусов микроконтроллера 1880ВЕ31У, обеспечивает стабильность частот внутренних генераторов, которые, в свою очередь, формируют сигналы синхронизации. Для подключения к микроконтроллеру 1880ВЕ31У выбран кварцевый резонатор РК386ММ с частотой импульсов 11.059 МГц.

3.2.7 Микросхема 169 АП2 основное функциональное назначение которой - формирования сигналов для линии связи аппаратуры передачи данных. Микросхема преобразовывает уровни логических «1» и «0» в +12 и -12В, и обратно, для обмена на информацией по последовательному каналу связи RS-232.

3.2.8 Микросхемы 1НТ251 - транзисторные сборки, состоящие из четырёх кремниевых n-p-n переключательных высокочастотных маломощных транзисторов. Выбраны в качестве переключающих систем, именно в этом заключается их основное применение.

3.2.9 Микросхема K140УД1701A - прецизионный (высокочастотный) операционный усилитель [2]. Используется для усиления малых электрических сигналов, сопровождаемых высоким уровнем помех. Характеризуется малым значением напряжения смещения и его температурным дрейфом, большими коэффициентами усиления и подавления синфазного сигнала, большим входным сопротивлением и низким уровнем шумов. В ПАК операционные усилители используются в семе измерения напряжения на контактах ключей. Так как наша задача сравнить два значения сигналов поступающих на входы ОУ, то необходимо что бы усиление дифференциального сигнала было намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) был максимальным. Именно этими свойствами обладает данный тип усилителей.

3.2.10 В качестве дискретных ЭРИ были выбраны:

- диод 2Д522Б [5];

- конденсаторы К10- 17 и К10- 47;

- резисторы С2-33Н [7];

- транзистор КТ3107 (кремниевые p-n-p), обладающий необходимыми параметрами для усиления, генерирования и переключения сигналов низкой и высокой частот [4];

- 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6