CN100437404C - 自动化测量控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化测量控制器,包括嵌入式控制器和GPIB总线,所述嵌入式控制器通过数据与地址总线和SDRAM、Flash相连接,所述GPIB总线用于连接GPIB外设,所述自动化测量控制器通过电源系统供电,所述嵌入式控制器设置有MAC芯片和以太网变压器;所述自动化测量控制器还包括CPLD、GPIB主控制芯片、GPIB数据总线驱动芯片、GPIB总线控制信号驱动芯片。用户既可以通过以太网也可以通过串口与GPIB总线上的测试仪器通讯,可以方便地通过计算机控制测试仪器,进而方便地采集和保存测试仪器的数据和波形,进而对采集到数据和波形进行分析。

Description

自动化测量控制器
技术领域
本发明涉及一种自动化测量技术,具体说,涉及一种自动化测量控制器。
背景技术
基于GPIB的自动测试系统是计算机技术和自动测试技术相结合的产物,目前广泛地应用于众多领域。典型的通用接口总线(GPIB,GeneralPurpose Interface Bus)测量系统由PC机、GPIB接口卡和若干台GPIB仪器通过标准GPIB电缆连接而成,其中GPIB接口卡完成GPIB总线和PCI总线的连接。
GPIB总线是一个数字化24脚(扁型接口插座)并行总线。其中16根线为信号传输线,包括8根双向数据线、5根接口管理线、3根数据传输控制线,另8根为地线和屏蔽线。GPIB使用8位并行、字节串行、异步通信方式,所有字节通过总线顺序传送。
但是,现有的接口控制器不便于携带和远程测量,从而限制了工程技术人员在现场对数据和波形的采集。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种自动化测量控制器,能够使用户在本地或是远程采集测量仪器的数据和波形。
技术方案如下:
一种自动化测量控制器,包括嵌入式控制器和GPIB总线,所述嵌入式控制器通过数据与地址总线和SDRAM、Flash相连接,所述GPIB总线用于连接GPIB外设,所述自动化测量控制器通过电源系统供电,所述嵌入式控制器设置有MAC芯片和以太网变压器,其中,
MAC芯片,通过数据与地址总线和所述嵌入式控制器的CPU相连接,接受所述CPU的控制命令和数据,使所述CPU和以太网通讯;
以太网变压器,和所述MAC芯片相连接,用于和以太网相连接;
所述自动化测量控制器还包括:
CPLD,分别和数据与地址总线、GPIB主控制芯片相连接,接收所述CPU的地址、读写控制信号,并将所述GPIB外设的中断信号发送给所述CPU;所述CPLD用于控制GPIB主控制芯片和MAC芯片的读写控制信号和中断信号;
GPIB主控制芯片,分别和所述数据与地址总线、所述CPLD相连接,执行CPU相关命令,并接收CPLD控制信号,发出中断信号给CPLD,所述CPLD将接收到的中断信号发送给CPU相应中断,起到调用CPU中断处理程序的作用;在GPIB信号一侧发送或接收GPIB数据给GPIB数据总线驱动芯片;或者,发送或者接收GPIB控制信号给GPIB总线控制信号驱动芯片;
GPIB数据总线驱动芯片,分别和所述GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,将GPIB主控制芯片发送传来的TTL电平信号转换成GPIB总线信号;将接收到的GPIB总线信号转换成TTL电平信号给GPIB主控制芯片;
GPIB总线控制信号驱动芯片,分别和所述GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,用于GPIB总线控制信号的驱动。
优选的,进一步包括串口芯片,所述串口芯片和所述CPU相连接,用于将所述CPU的CMOS电平转换为RS232电平。
优选的,所述串口芯片和DB9 FEMAIL插座相连接,所述DB9FEMAIL插座用于连接PC机。
优选的,所述CPU选用S3C44B0X。
优选的,所述SDRAM和所述数据与地址总线相连接,用于暂存系统数据;所述Flash和所述数据与地址总线相连接,用于存储系统程序。
优选的,所述SDRAM选用K4S641632H-TC75;所述Flash包括NOR Flash和NAND Flash,所述NOR Flash选用SST39VF160,NANDFlash选用K9F2808U0C。
优选的,所述电源系统包括第一电源芯片、第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片,其中,
所述第一电源芯片,接收外接直流电源的输入,将外接直流电源进行电压或者电流的转换,分别输出到所述第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片、GPIB接口芯片、MAC芯片,其中所述GPIB接口芯片包括GPIB主控制芯片、GPIB总线控制信号驱动芯片或者GPIB数据总线驱动芯片;
第二电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给功能板,所述功能板包括CPLD和串口芯片;
第三电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给核心板,所述核心板包括CPU、SDRAM、NOR FLASH和NAND FLASH;
第四电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给CPU。
由于本发明设置有串口和以太网接口,所以用户既可以通过以太网也可以通过串口,在现场或是远程与GPIB总线上的测试仪器通讯,方便地通过计算机控制测试仪器,采集测试仪器的数据和波形,进而对采集到数据和波形进行分析。
附图说明
图1是本发明在使用状态的示意图;
图2是本发明的结构框图;
图3是本发明电源系统的结构框图;
图4是频谱仪采集的波形图;
图5是计算机显示的天航信连接专家操作界面示意图。
具体实施方式
下面参照附图,对本发明的优选实施例作详细描述。
优选实施例中自动化测量控制器选用GPIB-ETH(通用接口总线-以太网端口)控制器,该GPIB-ETH控制器同时设置有串口和以太网接口。
参照图1所示,GPIB-ETH控制器实现了在本地或是远程采集测试仪器的数据和波形。室外单元(ODU,out door unit)设备用于把卫星C波段和KU波段信号变频到基带信号。测试仪器包括频谱仪、噪声分析仪、信号源、示波器。ODU设备和测试仪器相连接,上述测试仪器的输出通过GPIB电缆连接到GPIB-ETH控制器上,GPIB-ETH控制器通过以太网接口连接远程笔记本电脑,通过串口连接本地台式机。
参照图2所示,GPIB-ETH控制器的嵌入式控制器包括CPU、SDRAM、Flash(闪存)、MAC(Medium Access Control,媒体访问控制)芯片,通过数据与地址总线和相连接。
CPU选用S3C44B0X,S3C44B0X,是一款基于ARM7TDMI内核的16/32位RISC嵌入式微处理器,运行的频率可以达到66MHz,它包括了Thumb代码压缩器,一个片上的ICE断点调试支持和一个32位的硬件乘法器。该芯片内部包括8KB Cache和SRAM,带自动握手的2通道UART,4通道DMA(Direct Memory Access,直接存储器存取)控制器。主要面向网络设备以及高性价比、低功耗的应用。
S3C44B0X使用ARM7TDMI内核,采用0.25CMOS工艺制造。同样,S3C44B0X还采用了SAMBAII总线结构。S3C44B0X内核电压为2.5V,I/O接口电压3.3V。
MAC(Medium Access Control)芯片通过数据与地址总线和CPU相连接,接受CPU的控制命令和数据,使CPU和以太网通讯。以太网变压器和MAC芯片相连接,用于实现和以太网相连接。使用RTL8019芯片实现MAC层数据传输,使用PRJ005实现物理层传输。用户可以将计算机通过以太网变压器连接GPIB-ETH控制器(PRJ005以太网变压器是GPIB-ETH控制器的一部分),并且实现控制测试仪器,以及实现数据和波形的采集。
CPLD(复杂可编程逻辑器件)分别和数据与地址总线、GPIB主控制芯片相连接,接收CPU的地址、读写控制信号,并将GPIB外设的中断信号发送给CPU,CPLD用于控制GPIB主控制芯片和MAC芯片的读写控制信号和中断信号。
GPIB主控制芯片通过数据与地址总线和CPLD相连接,执行CPU相关命令,并接收CPLD控制信号,发出中断信号给CPLD,CPLD将接收到的中断信号发送给CPU相应中断,起到调用CPU中断处理程序的作用。在GPIB信号一侧发送8位GPIB数据给GPIB数据总线驱动芯片,发送或者接收8条GPIB控制信号给GPIB总线控制信号驱动芯片。本实施例中,GPIB主控制芯片使用NAT9914 BPL,地址空间位0X28000000到0X30000000,中断为INT11。
GPIB数据总线驱动芯片分别和GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,将GPIB主控制芯片发送传来的TTL电平信号转换成GPIB总线信号,同时,将接收到的GPIB总线信号转换成TTL电平信号给GPIB主控制芯片。本实施例中,GPIB数据总线驱动芯片采用SN75160,驱动8根双向数据线。
GPIB总线控制信号驱动芯片分别和GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,用于GPIB总线控制信号的驱动。本实施例中,GPIB总线控制信号驱动芯片使用SN75161,驱动GPIB总线接口的5根接口管理线、3根数据传输控制线。
串口芯片和CPU相连接,用于将CPU的CMOS电平转换为RS232电平。串口芯片和DB9 FEMAIL插座相连接,DB9 FEMAIL插座用于连接PC机。用户可以通过PC机使用直通串口线连接GPIB-ETH控制器,进而实现控制测试仪器,并且实现数据和波形的采集。
SDRAM和数据与地址总线相连接,用于暂存系统数据,SDRAM选用K4S641632H-TC754M(×16bit)SDRAM Memory,其地址空间是CS60XC000000到0XC7F FFFF。
Flash和数据与地址总线相连接,用于存储启动代码、系统程序和应用程序。Flash包括NOR Flash和NAND Flash,NOR Flash选用SST39VF1602M(×16bit)Muti-Purpose Flash,NAND Flash选用K9F2808UOC 16M(×8bit)NAND Flash。
NOR Flash存储系统启动时的bootloader代码,该程序在系统上电时运行,负责检测和配置系统外设并为Linux系统提供运行环境。NAND Flash存储Linux系统和以太网相关通讯程序。
参照图3所示,电源系统是GPIB-ETH控制器的内部电源,向GPIB-ETH控制器的内部各个芯片提供电源。
电源芯片1(第一电源芯片)接收外接直流9V电源的输入,该电源芯片1将9V的直流电源转换为+5V/1A的电源分别输出到电源芯片2、电源芯片3、电源芯片4、GPIB接口芯片、MAC芯片。其中GPIB接口芯片包括GPIB主控制芯片、GPIB总线控制信号驱动芯片和GPIB数据总线驱动芯片。
电源芯片2(第二电源芯片)将+5V/1A的电源经过电压和电流转换后,输出+3.3V的电源供给功能板,该功能板包括数据与地址总线驱动芯片、CPLD和串口芯片。
电源芯片3(第三电源芯片)将+5V/1A的电源经过电压和电流转换后,输出+3.3V的电源供给核心板,该核心板包括CPU、SDRAM、NOR FLASH、NAND FLASH。(CPU需要提供2.5V和3.3V两种电源)
电源芯片4(第四电源芯片)将+5V/1A的电源经过电压和电流转换后,输出+2.5V的电源供给CPU。
参照图4和图5所示,对本发明的数据采集过程作详细描述。
在用户端计算机(PC机、台式机或者笔记本)上,可以查询GPIB-ETH控制器和测量仪器联接状况,并发送控制命令。
当ODU设备和测试仪器相连接后,测试仪器的输出通过GPIB电缆传送到GPIB-ETH控制器上,通过GPIB-ETH控制器用户可以在现场或通过以太网在远程采集测试仪器的数据和波形。此处的测试仪器(拥有GPIB接口的测量仪器)可以是误码仪、噪声分析仪、网络分析仪、示波器中的一个或者几个。
本实施例中,用户通过DB9 FEMAIL插座将台式机连接到GPIB-ETH控制器上,在本地将测试仪器采集到的ODU设备的波形传到台式机上。同时也可以在远程通过以太网在笔记本上显示的采集到的波形(如图4所示)或者数据,同时控制测量仪器,使用户能够对采集到的波形或者数据进行保存、分析。不论用户是在本地还是远程使用串口或是以太网接口连接GPIB-ETH控制器,需要在用户端计算机(PC机、台式机或者笔记本)运行ATNC(ATNC在此为天航信公司的缩写)连接专家,调用ATNC VISA(虚拟仪器软件体系结构)IO函数库。通过使用ATNC连接专家,用户可以方便地查找到GPIB-ETH控制器,并且修改其IP地址,并在用户的计算机上注册。调用ATNC-VISA-IO函数库,具体来说,用户通过调用ATNCVISA IO函数库中提供的函数、编写程序,实现控制测量仪器。
用户端运行的天航信连接专家和ATNC VISA IO函数库涉及到的相关技术包括:
(1)动态链接库技术。
使用动态链接库技术实现了ATNC VISA IO函数库,使用户能够在VC、VB等多种开发环境及语言下调用该函数库。
(2)链表技术。
通过建立多级链表,将所有设备信息写入链表,达到管理系统中所有GPIB设备的目的。
(3)注册表技术。
通过读写注册表,实现增减设备以及对设备信息的管理。
(4)设备自动查询技术。
天航信连接专家能够动态查找设备,实现了用户节点接入即被发现功能。
(5)跨网段通信技术。
采用该技术可实现主机和设备的跨网段通信功能。
(6)广播技术。
通过发送广播信息,实现所有连接在以太网上的GPIB-ETH控制器的查找以及GPIB-ETH控制器IP地址的配置。
综上所述,用户可以利用笔记本电脑管理所有GPIB设备,调用测试仪器采集到的波形和数据,在现场对波形和数据进行分析。

Claims (7)

1、一种自动化测量控制器,包括嵌入式控制器和GPIB总线,所述嵌入式控制器通过数据与地址总线和SDRAM、Flash相连接,所述GPIB总线用于连接GPIB外设,其特征在于,所述自动化测量控制器通过电源系统供电,所述嵌入式控制器设置有MAC芯片和以太网变压器,其中,
MAC芯片,通过数据与地址总线和所述嵌入式控制器的CPU相连接,接受所述CPU的控制命令和数据,使所述CPU和以太网通讯;
以太网变压器,和所述MAC芯片相连接,用于和以太网相连接;
所述自动化测量控制器还包括:
CPLD,分别和数据与地址总线、GPIB主控制芯片相连接,接收所述CPU的地址、读写控制信号,并将所述GPIB外设的中断信号发送给所述CPU;所述CPLD用于控制GPIB主控制芯片和MAC芯片的读写控制信号和中断信号;
GPIB主控制芯片,分别和所述数据与地址总线、所述CPLD相连接,执行CPU相关命令,并接收CPLD控制信号,发出中断信号给CPLD,所述CPLD将接收到的中断信号发送给CPU相应中断,起到调用CPU中断处理程序的作用;在GPIB信号一侧发送或接收GPIB数据给GPIB数据总线驱动芯片;或者,发送或者接收GPIB控制信号给GPIB总线控制信号驱动芯片;
GPIB数据总线驱动芯片,分别和所述GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,将GPIB主控制芯片发送传来的TTL电平信号转换成GPIB总线信号;将接收到的GPIB总线信号转换成TTL电平信号给GPIB主控制芯片;
GPIB总线控制信号驱动芯片,分别和所述GPIB主控制芯片、GPIB总线相连接,用于GPIB总线控制信号的驱动。
2、根据权利要求1所述的自动化测量控制器,其特征在于,进一步包括串口芯片,所述串口芯片和所述CPU相连接,用于将所述CPU的CMOS电平转换为RS232电平。
3、根据权利要求2所述的自动化测量控制器,其特征在于,所述串口芯片和DB9 FEMAIL插座相连接,所述DB9 FEMAIL插座用于连接PC机。
4、根据权利要求1所述的自动化测量控制器,其特征在于,所述CPU选用S3C44B0X。
5、根据权利要求1所述的自动化测量控制器,其特征在于,所述SDRAM和所述数据与地址总线相连接,用于暂存系统数据;所述Flash和所述数据与地址总线相连接,用于存储系统程序。
6、根据权利要求5所述的自动化测量控制器,其特征在于,所述SDRAM选用K4S641632H-TC75;所述Flash包括NOR Flash或者NANDFlash,所述NOR Flash选用SST39VF160,NAND Flash选用K9F2808UOC。
7、根据权利要求1所述的自动化测量控制器,其特征在于,所述电源系统包括第一电源芯片、第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片,其中,
所述第一电源芯片,接收外接直流电源的输入,将外接直流电源进行电压或者电流的转换,分别输出到所述第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片、GPIB接口芯片、MAC芯片,其中所述GPIB接口芯片包括GPIB主控制芯片、GPIB总线控制信号驱动芯片或者GPIB数据总线驱动芯片;
第二电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给功能板,所述功能板包括CPLD和串口芯片;
第三电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给核心板,所述核心板包括CPU、SDRAM、NOR FLASH或者NAND FLASH;
第四电源芯片,将电源经过电压或者电流转换后,输出给CPU。
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