CN103954903B - 一种可实时解算的多模式输出电路测试系统 - Google Patents

Abstract

一种可实时解算的多模式输出电路测试系统，包括电源、模拟信号源、上位机、下位机。模拟信号源用于模拟旋转变压器的输出，生成正、余弦信号及参考信号作为被测输出电路的输入信号。上位机发出测试指令给下位机，下位机根据指令生成相应的控制信号，对被测输出电路上的定时计数功能、定数计时功能进行实时控制，通过总线接口对飞转保护信号进行监测并对被测输出电路进行数据采集，数据经过下位机处理后通过通讯接口实时的将数据传送给上位机，上位机对测试结果进行显示和存储。该系统可以灵活的向被测输出电路发送测试指令，也可实时的采集被测输出电路上的测试结果。增强了系统功能的可扩展性。

Description

一种可实时解算的多模式输出电路测试系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体地，涉及一种可实时解算的多模式输出电路测试系统，用于加速度计测量输出电路、转台位置测量输出电路等电路的功能测试。

背景技术

用于转角测量的输出电路具有结构简单、可靠性高等优点，广泛应用于各种仪表角度测试、转台位置测试等惯性系统中。并且，输出电路中都包括定时计数功能模块和定数计时功能模块。

惯性系统的高精度要求用于转角测量的输出电路向高精度、高集成度、专用性强等方向发展。以陀螺加速度计为例，输出电路是将其外环轴转动角度转换为脉冲形式输出，因此，输出电路的转换精度直接影响到陀螺加速度计的精度。

现有的用于转角测量的输出电路测试系统，基本依靠通用仪器进行组合后，对输出电路进行测试，测试结构复杂、操作繁琐、实时性差、模式单一，通用仪器资源浪费严重，同时测试精度无法得到保证。

为此，需要提供一种针对用于转角测量的输出电路测试系统，从而实现操作简单、可实时解算、多模式、高精度的测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可实时解算的多模式输出电路测试系统。通过上位机发送测试指令、下位机将指令转换为控制命令，对被测输出电路中的功能进行测试，对测试数据实时解算，为输出电路提供有效测试手段，解决输出电路测试精度低、实时性差和模式单一的问题。

本发明采用的技术方案包括：

一种可实时解算的多模式输出电路测试系统，用于加速度计、转台等角度测量输出电路的功能测试。

该测试系统包括：电源、模拟信号源、上位机、以及下位机，其中，所述电源为所述下位机和被测输出电路提供工作电源；所述模拟信号源模拟旋转变压器的输出，生成正、余弦信号及参考信号，作为所述被测输出电路的输入信号；所述上位机向所述下位机发送定时计数和定数计时控制命令，接收来自所述下位机的计数和计时数据、及飞转数据，并进行数据显示和储存；所述下位机将来自所述上位机的定时计数和定数计时控制命令转换为定时计数和定数计时控制信号，对所述被测输出电路的定时计数和定数计时功能进行控制；采集所述被测输出电路在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息，计算规定时间内采集到的速度和方向脉冲的个数、以及处理规定数量的速度和方向脉冲所用的时间，存储计算结果并将计算结果传送给所述上位机。

优选地，所述下位机包括通讯接口、总线接口、单片机控制单元、以及片外储存器，其中，所述单片机控制单元包括定时计数功能控制模块、定数计时功能控制模块、以及飞转保护信号监测功能模块，其中，所述下位机通过所述通讯接口接收来自所述上位机的定时计数和定数计时控制命令，并将所述下位机的计算结果传送给所述上位机；所述下位机通过所述总线接口向所述被测输出电路发送定时计数和定数计时控制信号；并采集所述被测输出电路的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息；所述片外储存器存储所述下位机在采集所述被测输出电路在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、是否飞转的信息、以及计算结果信息；所述定时计数功能控制模块对所述被测输出电路中的定时计数功能模块进行使能控制；向所述被测输出电路发送规定数量的采样时间脉冲，采集所述被测输出电路在每个采样时间脉冲中的速度和方向脉冲的个数，并计算所采集到的速度和方向脉冲的总数；所述定数计时功能控制模块对所述被测输出电路中的定数计时功能模块进行使能；向所述被测输出电路发送规定数量的速度和方向脉冲，在收到被测输出电路发出的定数完成信号之后采集所述被测输出电路记录的定数计时脉冲的数量，并计算出被测输出电路处理完规定数量的速度和方向脉冲所用的时间；所述飞转保护信号监测功能模块实时地采集所述被测输出电路中的飞转信号。

优选地，所述模拟信号源包括：数字信号发生器、数字－旋转变压器转换电路、频率发生电路和计数电路，其中，所述数字信号发生器产生固定频率和幅值的正弦信号，并将该正弦信号输入到所述数字－旋转变压器转换电路中；所述频率发生电路用于产生固定的频率信号，并将该频率信号输入给所述计数电路；所述计数电路以该频率信号为计数时钟进行计数，产生16位的二进制数，并将该16位的二进制数输入到所述数字－旋转变压器转换电路中；所述数字－旋转变压器转换电路收到来自所述计数电路的16位的二进制数后，生成频率和幅值相同的正、余弦信号，并将该频率和幅值相同的正、余弦信号输入到被测输出电路；同时，所述数字－旋转变压器转换电路还将接收自所述数字信号发生器的正弦信号作为参考信号输入到被测输出电路中。

与现有技术相比，根据本发明的可实时解算的多模式输出电路测试系统具有有益的技术效果，包括：

（1）本发明采用了上位机与下位机结合的方式。通过上位机上发送相应指令，下位机就可对被测输出电路进行控制，并将采集到的数据进行实时解算，将处理结果通过通讯接口传送给上位机供上位机自动记录及显示，提高了数据处理的实时性，减少了人工计算量，也避免了人为记录、计算错误给测试带来的影响。此外，设计人员可通过修改软件的方式对上位机、下位机的功能及测试模式进行修改，增强了系统功能的可扩展性。

（2）根据本发明的下位机中的单片机控制单元采用高精度恒温晶体振荡器，其频率为8.192MHz，稳定度为1×10^-8，作为单片机的系统时钟同时为被测电路中的定数计时功能模块提供精准的时钟脉冲信号。

（3）根据本发明的系统使用了模拟信号源，可以模拟不同状态下旋转变压器的输出，具有成本低，测试灵活、方便的优点。此外，实践中，根据需要，可以将模拟信号源拆分下来，将被测输出电路直接与加速度计或转台等角度测量装置上的旋转变压器输出相连接，利用上位机和下位机对被测输出电路进行控制，解算出旋转变压器的角度信息，从而使系统具有控制CPU的功能。

附图说明

图1为根据本发明的测试系统的方框图；

图2为根据本发明的下位机中的定时计数功能控制模块的功能框图；

图3为根据本发明的下位机中的定数计时功能控制模块的功能框图；

图4为根据本发明的模拟信号源的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的可实时解算的多模式输出电路测试系统做进一步详细的说明。

图1为根据本发明的可实时解算的多模式输出电路测试系统的方框图。如图1所示，该测试系统包括电源1、模拟信号源2、上位机3、以及下位机4。其中，电源1为下位机4和被测输出电路5提供工作电源。模拟信号源2模拟旋转变压器的输出，生成正、余弦信号及参考信号，作为被测输出电路5的输入信号。上位机的任务就是利用测试软件给下位机发送测试指令，同时接收下位机传送的测试数据，并对其进行处理、显示、保存、打印和生成测试报告。上位机3向下位机4发送定时计数和定数计时控制命令，接收来自下位机4的计数和计时数据、及飞转数据，并进行数据显示和储存。

下位机中的主要部件为单片机控制单元，单片机控制单元接收到上位机的测试指令后转到相应的定时计数功能控制模块、定数计时功能控制模块，生成相应的控制信号，控制信号通过总线对被测输出电路中的相应功能进行控制。单片机控制单元还对被测输出电路的数据进行实时采集，完成数据的采集后，对数据进行处理，再通过通讯接口把采集到的数据传送给上位机进行显示和储存。此外，在单片机控制单元上接入了片外储存器，以解决单片机控制单元内存小、测试数据数据量大的问题。单片机控制单元可采用高精度的恒温晶体振荡器，其频率为8.192MHz，稳定度为1×10^-8，作为单片机的系统时钟同时为被测电路中的定数计时功能模块提供精准的时钟脉冲信号。

下位机4将上位机3的定时计数和定数计时控制命令转换为定时计数和定数计时控制信号，对被测输出电路5的定时计数和定数计时功能进行控制；采集被测输出电路5在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息，计算规定时间内速度和方向脉冲的个数、以及处理规定数量的表示速度和方向脉冲所用的时间，存储计算结果并将计算结果传送给上位机3。

被测输出电路5将来自模拟信号源的输入信号解算成包含速度、方向信息的正、负脉冲信号及飞转信号，送入其相应的功能模块中。被测输出电路对模拟信号源2输入的信号进行解算，具有定时计数功能、定数计时功能和飞转保护功能。以定时计数功能主要由定时/计数器2029来实现、定数计时功能主要由定时/计数器82C54来实现、飞转保护功能主要由运算放大器和比较器实现为例。

下位机3包括通讯接口、总线接口、单片机控制单元及片外存储器。单片机控制单元包括定时计数功能控制模块、定数计时功能控制模块、以及飞转保护信号监测功能模块。其中，定时计数功能控制模块用来控制被测输出电路中的定时计数功能模块，向被测输出电路发送规定数量的采样时间脉冲，采集被测输出电路5在每个采样时间脉冲中的速度和方向脉冲的个数，并计算所采集到的速度和方向脉冲的总数。定数计时功能控制模块用来控制被测输出电路中的定数计时功能模块，向被测输出电路发送规定数量的速度和方向脉冲，在收到被测输出电路发出的定数完成信号之后采集被测输出电路记录的定数计时脉冲的数量，并计算出被测输出电路处理完规定数量的速度和方向脉冲所用的时间。飞转保护信号监测功能模块用来监测被测输出电路中的飞转信号，实时地采集被测输出电路中的飞转信号。通讯接口主要负责上位机与单片机控制单元之间的通讯，下位机通过该通讯接口接收来自上位机的定时计数和定数计时控制命令，并将下位机的计算结果传送给上位机。总线接口主要负责单片机控制单元与被测输出电路之间的数据和控制命令的传输，下位机通过总线接口向被测输出电路发送定时计数和定数计时控制信号；并采集被测输出电路的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息。片外储存器主要实现单片机控制单元储存空间的扩展，片外储存器存储下位机在采集被测输出电路在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、是否飞转的信息、以及计算结果信息。

对被测输出电路进行测试时，首先将电源打开，为下位机和被测输出电路提供工作电源。然后将模拟信号源打开，将正余弦信号和参考信号输入到被测输出电路中。被测输出电路将模拟信号源输出的正、余弦信号及参考信号解算成为正负脉冲信号和飞转信号，正负脉冲信号经逻辑转换，送到被测输出电路中的定时计数主芯片2029和定数计时主芯片82C54中，等待相应的控制命令，进行定时计数、定数计时操作；飞转信号经运算放大器和比较器处理后放到总线上等待被采集。通过上位机发送控制指令，软件就通过下位机实时的采集飞转信号，来显示是否超速。在上位机的控制面板中选择定时计数测试功能或定数计时测试功能，就会通过通讯接口向下位机发送相应的控制命令。下位机接收到控制命令后，将控制命令转换为控制信号，通过总线接口发送到被测输出电路中，根据地址的不同使能被测输出电路中相应的功能模块，被测输出电路相应功能模块中的芯片开始对正负脉冲信号进行计数或计时处理，并根据控制命令将计时或计数的结果通过总线发送到下位机。下位机对数据进行处理后再经通讯接口发送到上位机中，供上位机进行显示和记录。在软件的显示界面可根据显示测试的数据对被测输出电路功能的正确与否进行判断。在整个测试过程中，可随时调整模拟信号源内部的分频电路的分频倍数，用来模拟不同的转速，得到不同的测试结果，来验证被测输出电路的性能。

图2为根据本发明的下位机中的定时计数功能控制模块的功能框图。如图2所示，被测输出电路中的定时计数功能以通过定时/计数器2029来实现为例。接收到上位机的定时计数标志符后，单片机控制单元转入定时计数流程。单片机控制单元选用硬件定时，具体的实现方法是利用高精度的晶体振荡器为被测输出电路中的定时/计数器2029提供时钟脉冲信号，定时/计数器2029的输出信号作为定时中断请求信号，每次定时时间结束后，单片机控制单元读取总线上的数据，并将其暂存到片外存储器中，后一次的数据与前一次的数据相减即可得到定时的脉冲数，将其与理论的脉冲数比较即可测量输出的精度。在进行定时计数的同时，单片机控制单元也通过总线实时地读取飞转保护监测信号，并将其存储至片外存储器的相应单元中。

图3为根据本发明的下位机中的定数计时功能控制模块的功能框图。被测输出电路的定数计时功能以通过定时/计数器82C54来实现为例。接收到上位机的定数计时标志符后，单片机控制单元转入定数计时流程。首先通过在上位机软件界面给被测输出电路写入测试模式（模式1或模式2）使被测输出电路选择出相应的主脉冲（正脉冲或负脉冲），测试模式1表示选择正脉冲为主脉冲，测试模式2表示选择负脉冲为主脉冲。然后单片机控制单元通过总线接口给被测输出电路的定时/计数器82C54写控制字，控制字写完后，被测输出电路启动其主脉冲计数模块、计时器模块、以及从脉冲计数模块，单片机控制单元实时地检测被测输出电路的正脉冲计数到信息D0，当检测到D0下降沿的同时，单片机控制单元通过给定时/计数器82C54写控制字，分别读取主脉冲数、计时器的时间脉冲数、以及从脉冲数，并将其暂存在片外储存器中。

图4为根据本发明的模拟信号源的原理框图。通过对数字信号发生器进行设置，产生固定频率和幅值的正弦信号，输入到数字－旋转变压器转换电路中，同时频率发生电路产生固定的频率信号，计数电路以该频率信号为计数时钟进行计数，计数结果为16位的二进制数，输入到数字－旋转变压器转换电路中，生成频率和幅值相同的正、余弦信号，最后将代表旋转变压器输出的正、余弦信号输入到被测输出电路中，同时也将数字信号发生器产生的正弦信号作为参考信号输入到被测输出电路中。通过改变频率发生电路输出的频率信号的频率，使计数电路的计数时钟发生变化，计数电路输出的16位二进制数的翻转速度也发生变化，最终导致数字－旋转变压器输出的正、余弦信号也发生了变化，从而模拟出了不同状态下的旋转变压器的输出。

在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可实时解算的多模式输出电路测试系统，其特征在于，包括电源（1）、模拟信号源（2）、上位机（3）、以及下位机（4），其中，

所述电源（1）为所述下位机（4）和被测输出电路（5）提供工作电源；

所述模拟信号源（2）模拟旋转变压器的输出，生成正、余弦信号及参考信号，作为所述被测输出电路（5）的输入信号；

所述上位机（3）向所述下位机（4）发送定时计数和定数计时控制命令，接收来自所述下位机（4）的计数和计时数据、及飞转数据，并进行数据显示和储存；

所述下位机（4）将来自所述上位机（3）的定时计数和定数计时控制命令转换为定时计数和定数计时控制信号，对所述被测输出电路（5）的定时计数和定数计时功能进行控制；采集所述被测输出电路（5）在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息，计算规定时间内采集到的速度和方向脉冲的个数、以及处理规定数量的速度和方向脉冲所用的时间，存储计算结果并将计算结果传送给所述上位机（3）。

2.根据权利要求1所述的可实时解算的多模式输出电路测试系统，其特征在于，所述下位机（4）包括通讯接口、总线接口、单片机控制单元、以及片外储存器，其中，所述单片机控制单元包括定时计数功能控制模块、定数计时功能控制模块、以及飞转保护信号监测功能模块，其中，

所述下位机（4）通过所述通讯接口接收来自所述上位机（3）的定时计数和定数计时控制命令，并将所述下位机（4）的计算结果传送给所述上位机（3）；

所述下位机（4）通过所述总线接口向所述被测输出电路（5）发送定时计数和定数计时控制信号；并采集所述被测输出电路（5）的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、以及是否飞转的信息；

所述片外储存器存储所述下位机（4）在采集所述被测输出电路（5）在定时计数和定数计时过程中的时间脉冲、反应速度和方向的脉冲信息、是否飞转的信息、以及计算结果信息；

所述定时计数功能控制模块对所述被测输出电路（5）中的定时计数功能模块进行使能控制；向所述被测输出电路（5）发送规定数量的采样时间脉冲，采集所述被测输出电路（5）在每个采样时间脉冲中的速度和方向脉冲的个数，并计算所采集到的速度和方向脉冲的总数；

所述定数计时功能控制模块对所述被测输出电路（5）中的定数计时功能模块进行使能；向所述被测输出电路（5）发送规定数量的速度和方向脉冲，在收到被测输出电路（5）发出的定数完成信号之后采集所述被测输出电路（5）记录的定数计时脉冲的数量，并计算出被测输出电路（5）处理完规定数量的速度和方向脉冲所用的时间；

所述飞转保护信号监测功能模块实时地采集所述被测输出电路（5）中的飞转信号。

3.根据权利要求1所述的可实时解算的多模式输出电路测试系统，其特征在于，所述模拟信号源（2）包括：数字信号发生器、数字－旋转变压器转换电路、频率发生电路和计数电路，其中，

所述数字信号发生器产生固定频率和幅值的正弦信号，并将该正弦信号输入到所述数字－旋转变压器转换电路中；

所述频率发生电路用于产生固定的频率信号，并将该频率信号输入给所述计数电路；所述计数电路以该频率信号为计数时钟进行计数，产生16位的二进制数，并将该16位的二进制数输入到所述数字－旋转变压器转换电路中；

所述数字－旋转变压器转换电路收到来自所述计数电路的16位的二进制数后，生成频率和幅值相同的正、余弦信号，并将该频率和幅值相同的正、余弦信号输入到被测输出电路；同时，所述数字－旋转变压器转换电路还将接收自所述数字信号发生器的正弦信号作为参考信号输入到被测输出电路中。