馬濤　鄭鑫

摘 要： 針對(duì)飛機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)具有采樣速率高，精度高，通道多且可變的特點(diǎn)，提出了用CPLD實(shí)現(xiàn)通道高速輪巡的新方法，使用Verilog HDL語言在MAX+Plus Ⅱ環(huán)境下對(duì)方案的功能進(jìn)行了仿真，結(jié)果證明了方案的有效性，并且這一技術(shù)已成功應(yīng)用于新型飛機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： CPLD； Verilog HDL； 電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)； 通道輪巡

中圖分類號(hào)： TN606?34； TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）05?0114?03

Application of CPLD in airplane electrical parameter testing system

MA Tao1， ZHENG Xin2

（1. ZTE Intelligent IOT Technology Co.， Ltd， Tianjin 300308， China； 2. ZTE Communication Corporation， Tianjin 300308， China）

Abstract： According to the traits of high speed， high precision， multi?channel and channel changeability of the airplane electrical parameter testing systems， a new method to implement high?speed channel cycle by CPLD （complex programmable logic device） is presented. The Verilog HDL was adopted to do function simulation of the method in MAX+PLUS II. The simulation result indicates the validity of this method. This technology has been triumphantly used in the electrical parameter testing system of a new airplane.

Keywords： CPLD； Verilog HDL； electrical parameter testing system

0 引 言

近年來，隨著我國航空技術(shù)的迅速發(fā)展，不同型號(hào)飛機(jī)的機(jī)載電氣系統(tǒng)要求滿足不同的飛機(jī)供電特性的標(biāo)準(zhǔn)，因此提出了一種新型的基于PCI總線數(shù)據(jù)采集卡的高性能、多用途的電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠測(cè)試我國軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB?181?86及GJB?181A?2003以及美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL?STD?704A，MIL?STD?704C，MIL?STD?704E[1]等的各項(xiàng)電氣參數(shù)指標(biāo)，由于該系統(tǒng)需要允許對(duì)72路通道同時(shí)采樣，并且A/D轉(zhuǎn)換精度要達(dá)到14位，然而現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集卡很難同時(shí)達(dá)到這樣的要求，因此采用具有同步4通道14位分辨率的DAQ?2010數(shù)據(jù)采集卡，并通過5個(gè)16路多路開關(guān)將通道數(shù)擴(kuò)展為80路供測(cè)試使用，然而如何能夠根據(jù)用戶要求對(duì)所選通道進(jìn)行輪巡測(cè)試，成為該系統(tǒng)最大的難點(diǎn)，本文提出了用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）實(shí)現(xiàn)高速采樣條件下對(duì)多通道進(jìn)行輪巡的新方法，并給出時(shí)序仿真和功能仿真圖。在仿真基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)已研制完成并成功在某飛機(jī)研究所投入使用，取得了很好效果。

1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)介

該測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作時(shí)，首先由工控機(jī)將所需開通的通道數(shù)目和相應(yīng)通道編號(hào)信息傳遞給通道轉(zhuǎn)換電路（由單片機(jī)、CPLD以及SRAM組成），使之按所需要的開通順序和數(shù)目依次開通對(duì)應(yīng)的多路開關(guān)，經(jīng)過調(diào)理的電壓和電流信號(hào)通過轉(zhuǎn)接適配器進(jìn)入A/D卡，工控機(jī)系統(tǒng)（包含數(shù)據(jù)采集卡DAQ?2010）對(duì)電壓、電流、功率、頻譜和相位等信號(hào)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、分析、顯示、存儲(chǔ)和打印，并套用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限制曲線圖形，使標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)填充曲線進(jìn)行對(duì)比，以此評(píng)估飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精度和誤差，并實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)電氣系統(tǒng)試驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 輪巡電路工作原理

CPLD是一種具有豐富的可編程I/O引腳的可編程邏輯器件，具有在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)；不但可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能。把CPLD應(yīng)用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，同單片機(jī)結(jié)合起來，更能體現(xiàn)其在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，采用了CPLD和單片機(jī)配合的方案對(duì)通道進(jìn)行輪巡采樣，系統(tǒng)工作時(shí)主要分為兩個(gè)步驟：

（1） 用戶根據(jù)自己的需求將需要測(cè)試的通道信息（包括要采集的通道數(shù)目和具體要采集的通道編號(hào)）通過工控機(jī)傳遞給圖1的單片機(jī)，然后由單片機(jī)將通道編號(hào)作為數(shù)據(jù)寫入SRAM組中（SRAM中每一組數(shù)據(jù)控制相應(yīng)的多路開關(guān)的使能信號(hào)和通道選通信號(hào)），接下來單片機(jī)再讀回寫入的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證是否正確。

（2） CPLD產(chǎn)生SRAM組片選信號(hào)[CSO、]讀控制信號(hào)[RDO、]地址信號(hào)ADDR來讀取SRAM中的信息，這些信息就成為多路開關(guān)的選通信號(hào)，隨即實(shí)現(xiàn)相應(yīng)多路開關(guān)通道的開通，這樣就完成了對(duì)所需通道的輪巡。

3 CPLD程序設(shè)計(jì)及仿真

本系統(tǒng)中CPLD程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括：

（1） 接收單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)工作要求的信號(hào)：如用戶需要輪巡的通道數(shù)、時(shí)鐘分頻數(shù)、復(fù)位信號(hào)以及系統(tǒng)工作時(shí)鐘。

（2） 對(duì)用戶選擇的通道進(jìn)行輪巡，編程實(shí)現(xiàn)譯碼器對(duì)MA12～MA15進(jìn)行譯碼產(chǎn)生SRAM組的片選信號(hào)[CSO，]根據(jù)[RD，][WR]信號(hào)產(chǎn)生SRAM組的讀、寫信號(hào)[RDO，][WRO，]結(jié)合時(shí)鐘自動(dòng)產(chǎn)生SRAM的地址信號(hào)，相應(yīng)SRAM的地址對(duì)應(yīng)相應(yīng)測(cè)試通道的開通。

（3） 實(shí)現(xiàn)CPLD與SRAM之間控制及地址線的隔離，從單片機(jī)接收的控制信號(hào)[RD，WR]以及CPLD自己產(chǎn)生的SRAM地址信號(hào)均通過編程實(shí)現(xiàn)的三態(tài)門，這樣就可以實(shí)現(xiàn)高阻態(tài)，從而完成隔離作用。

CPLD程序設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語言在MAX+PlusⅡ環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，MAX+Plus Ⅱ的設(shè)計(jì)輸入方法有很多種，本次設(shè)計(jì)采用了原理圖輸入、文本輸入以及層次輸入三種方法，并運(yùn)用了頂層開發(fā)原理。

3.1 CPLD頂層開發(fā)

CPLD的頂層開發(fā)模塊如圖2所示。

其中上方的模塊主要產(chǎn)生SRAM地址（即實(shí)現(xiàn)通道輪巡），下方的模塊主要用于對(duì)各控制信號(hào)進(jìn)行隔離。其中CLK為CPLD工作時(shí)鐘，寫SRAM時(shí)的片選信號(hào)SRAM1O～SRAM3O、讀寫控制信號(hào)[WRO、][RDO、]讀SRAM時(shí)的片選信號(hào)SRAMO、SRAM讀信號(hào)SRAM_RD可以完成總線隔離功能。

3.2 通道輪巡模塊程序設(shè)計(jì)[2?3]

CPLD通道輪巡的部分程序如下：

Module cpld3 （clk， WR， CH_NUM， chanl_num， addr_rst， latch_f，sram_addr，sramo1，sram_rd1）；

input clk；

input[6：0] chanl_num；

input addr_rst；

input latch_f；

input WR；

output[6：0] sram_addr；

output sramo1，sram_rd1；

output CH_NUM；

wire addr_clk；

reg[6：0] count；

reg[6：0] sram_addr1；

reg[2：0] num；

assign sramo1 = latch_f；

assign sram_rd1 = latch_f|（！clk）；

assign addr_clk = （！latch_f）&clk；

always@（negedge addr_clk or negedge addr_rst）

begin

if（！addr_rst）

begin

sram_addr1<=7′b0000000；

count<=chanl_num；

end

else if（count==7′b0000001）

begin

count<=chanl_num；

sram_addr1<=7′b0000000；

end

else

begin

count<=count-1；

sram_addr1<=sram_addr1+1；

end

end

endmodule

3.3 總線隔離模塊設(shè)計(jì)[4]

CPLD完成對(duì)地址及數(shù)據(jù)線隔離的模塊設(shè)計(jì)如圖3所示（圖中左側(cè)為輸入管腳，右側(cè)為輸出管腳）。

3.4 CPLD功能及時(shí)序仿真[4]

仿真時(shí)選用的器件是Altera公司生產(chǎn)的EPM7128LC84?6型CPLD芯片，通過MAX+Plus Ⅱ的GDI輸入方法編輯.SCF（仿真通道文件）文件進(jìn)行功能時(shí)序仿真，系統(tǒng)工作時(shí)的時(shí)序如圖4所示。通過對(duì)仿真波形進(jìn)行分析可以得出：這種新型通道輪巡方法在功能上是完全符合要求的，并且其輪換速率可以達(dá)到百兆，遠(yuǎn)高于飛機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求，若對(duì)程序做進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以達(dá)到更高的速率。

4 結(jié) 語

經(jīng)過仿真試驗(yàn)證明采用CPLD在高速采樣條件下對(duì)多通道進(jìn)行輪巡采集的設(shè)計(jì)方案是可行的，并且這一技術(shù)已應(yīng)用于新開發(fā)的一套飛機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)中，大幅度提高了地面電氣參數(shù)測(cè)試的效率，并且該技術(shù)亦可在其他數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB181?86 飛機(jī)供電特性及對(duì)用電設(shè)備的要求[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，1986.

[2] 夏宇聞.Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[3] 王金明，楊吉斌.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與Verilog HDL[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4] 東方人華.MAX+PlusⅡ入門與提高[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5] 李玉學(xué)，白忠臣，秦水介.基于Verilog HDL的FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（7）：154?156.

[6] 張艷春.數(shù)字電子系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（17）：188?190.