2．1 ARM微控制器

 分布機選用LPC2290ARM芯片作為主控制器，LPC2290片上資源豐富，可以滿足該系統(tǒng)對于測試電路的控制需求，并且可以減少系統(tǒng)硬件設(shè)計的復(fù)雜度，支持JTAG實時仿真，開發(fā)調(diào)試方便。同時LPC2290內(nèi)部集成2路CAN控制器又可使其作為CAN總線的節(jié)點，省去了CAN控制器外圍電路的設(shè)計，減少干擾。其內(nèi)置的CAN控制器符合CAN 2．0B，ISO11898—1總線規(guī)范，總線的數(shù)據(jù)波特率可達(dá)1 Mb／s，可訪問32位的寄存器和RAM，全局驗收過濾器可識別幾乎所有總線的11和29位R標(biāo)識符，驗收過濾器為可選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符提供了FullCAN—style自動接收。CAN控制器的驅(qū)動電路依然選擇收發(fā)器TJA1050，并在ARM和收發(fā)器之間加入DC-DC電源隔離模塊和2路高速光耦器6N137組成的隔離電路，確保在CAN總線遭受嚴(yán)重干擾時控制器能夠正常工作。

2．2 測試電路模塊

 測試電路模塊由高精度萬用表板卡完成通斷測試、絕緣測試、電容測試和故障定位等相關(guān)電纜測試的功能，分布機的主控制器LPC2290根據(jù)測試命令通過控制開關(guān)切換系統(tǒng)將測試電路加載到所需激勵電纜測試端口，并采集響應(yīng)端口的信息。

2．3 地址選通控制CPLD模塊設(shè)計

可編程邏輯器件已得到廣泛的應(yīng)用，為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來極大的靈活性，可以通過軟件編程對其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使硬件設(shè)計如同軟件設(shè)計那樣方便快捷。CPLD內(nèi)部有大量的門電路，適于實現(xiàn)復(fù)雜的組合邏輯。

2．3．1 CPLD功能實現(xiàn)

分布機利用CPLD實現(xiàn)主控制器LPC2290 I／O口擴展，主控制器只需把待測電纜地址通過串行接口SPI發(fā)送給CPID，由CPLD控制繼電器矩陣開關(guān)進(jìn)行選通。CPLD采甩Altera公司的MAXⅡ系列的EPM570ZM256C6，具有160個通用I／O口。開發(fā)工具采用Altera公司推出的綜合性PLD開發(fā)軟件QuartusⅡ。根據(jù)分布機測點容量需求，CPLD設(shè)計成一個150位串入并出的移位寄存器和一個150位的輸出鎖存器，寄存器與輸出鎖存器的控制相互獨立，綜合后的功能模塊如圖4所示。其中，CLK為移位寄存器的時鐘輸入，數(shù)據(jù)在上升沿時讀入；SI是串行輸入口；SO為串行輸出，用于進(jìn)行級聯(lián)；LAT是輸出鎖存器控制信號，數(shù)據(jù)在其上升沿時輸出；EN為使能端，高電平使能輸出，低電平則使輸出為高阻態(tài)。20片CPLD級聯(lián)可以使分布機實現(xiàn)3 000點的測試容量。

2．3．2 LPC2290對CPLD的控制

LPC2290通過SPI接口控制CPLD，連接原理圖如圖5所示。

該系統(tǒng)中SPI總線操作的流程圖如圖6所示。LPC2290的SPI接口數(shù)據(jù)傳輸格式的設(shè)置要與CPLD數(shù)據(jù)傳輸格式相符合，即SPCR=030，SPI接口每次發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中需要做375次循環(huán)，可實現(xiàn)3 000位數(shù)據(jù)的串入并出。

關(guān)鍵程序代碼如下所示：

2．4 繼電器矩陣開關(guān)設(shè)計

矩陣開關(guān)的主要作用是實現(xiàn)對測試點的導(dǎo)通選擇以及將測試電路切換到相應(yīng)的通道。與CPLD相對應(yīng)，矩陣開關(guān)以150個點為單位。

繼電器作為測點通斷的執(zhí)行元件，其可靠性和反應(yīng)速度直接影響整個系統(tǒng)的性能，選擇具有高可靠性、高信號隔離度和性能穩(wěn)定等特點的12 V繼電器EC2—12作為切換控制繼電器。EC2—12是單線圈自鎖繼電器，當(dāng)輸入+12 V激勵時繼電器閉合，并且狀態(tài)會一直保持，直到-12 V激勵到來時繼電器才會打開。選擇L298N組成繼電器驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路能將TTL邏輯電平信號轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需的±12 V電壓，實現(xiàn)繼電器的置位和復(fù)位。利用每一EC2—12的2個常開點(K1和K2是繼電器1和繼電器2常開點)控制2個(例如0和1)測點，每一對繼電器控制兩個測點位置(繼電器1控制輸出端，繼電器2控制輸入端)，其原理圖如圖7所示。測試電路經(jīng)切換開關(guān)接到輸入和輸出端，實現(xiàn)對待測電纜的測試。