1. Цели и задачи устройств обработки сигналов
1.1. Технические требования к программно-аппаратному комплексу
Структурная схема программно-аппаратного комплекса, позволяющая реализовать заданные функции, представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структурная схема работы программно-аппаратного комплекса.
Структурная схема включает в себя следующие основные блоки:
– персональный компьютер (ПК);
– адаптер для связи с внешними устройствами (А);
– внешнее устройство (ВУ).
Персональный компьютер осуществляет программное управление адаптером и обработку полученных данных.
Адаптер включает в себя:
а) канал управления внешними устройствами (формирователи команд управления на ВУ);
б) канал приема данных от внешних устройств (приемники сигналов контроля состояния ВУ и измерения параметров цепей);
в) канал управления (формирователь внутренних команд управления и обработки сигналов от ВУ).
Внешнее устройство (ВУ) – исследуемый объект (электронное устройство) подлежащий тестированию.
Функциональная схема адаптера представлена на рисунке 1.2.
Адаптер состоит из трех каналов и схемы сопряжения с ПК:
– канал управления внешними устройствами (формирователи команд управления на ВУ);
– канал приема данных от внешних устройств (приемники сигналов контроля состояния ВУ и измерения параметров цепей);
– канал управления (формирователь внутренних команд управления и обработки сигналов от ВУ);
– схемы сопряжения с ПК.
Канал управления внешними устройствами включает в себя:
– модуль управления включением (дешифратор);
– модуль подключения питания.
Канал управления внешними устройствами предназначен для формирования команд управления на ВУ по программе с ПК.
Модуль управления включением представляет собой дешифратор, в котором в зависимости от выходного кода осуществляется подача питания на заданные цепи. Для того чтобы сформировать команду управления необходимо программно с ПК включить (выключить) одно (несколько) реле (ключей) в требуемой последовательности.
Модуль подключения питания предназначен для коммутации определённых цепей ВУ в зависимости от программы с ПК. Представляет собой набор ключевых элементов с гальванически развязанными «сухими» контактами реле (ключами), через которые осуществляется подача напряжения питания на соединители.
Канал приема данных от ВУ включает в себя:
– модуль измерений и контроля;
– модуль управления и опроса (мультиплексоры и регистры);
– модуль включения питания.
Канал приема данных от ВУ предназначен для приема сигналов контроля состояния ВУ и измерения параметров цепей.
Модуль измерений и контроля предназначен для проверки сопротивления тестируемых цепей путем сравнения напряжений на контактах ключей, и передачи сигнала для последующего анализа.
Модуль управления и опроса представляет собой блок мультиплексоров и регистров, осуществляющих выбор цепей, предназначенных для тестирования.
Модуль включения питания предназначен для подачи питания на определённые цепи ВУ, которые подлежат проверке подключения и контроля сопротивления, осуществляемой измерением напряжения на соответствующих контактах.
Канал управления включает в себя:
– микроконтроллер;
– ОЗУ;
– ПЗУ;
– блок регистров;
– генератор импульсов;
– схему сброса.
Канал управления предназначен для формирования внутренних сигналов управления по командам с ПК и обеспечивает:
– адресный доступ ко всем функциональным элементам адаптера;
– запись (считывание) информации во все (со всех) программно-доступные функциональные элементы адаптера.
Кроме этого, канал управления также предназначен для обработки электрических сигналов приходящих от ВУ, характеризующих наличие напряжения на контактах ВУ с уровнями – логический «0» или
логическая «1».
Микроконтроллер (МК) предназначен для формирования управляющих сигналов и приема/передачи данных. Выполняют функции логического анализа и управления.
ОЗУ (память данных) предназначена для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы, адресуется одним байтом и имеет емкость 128 байт.
ПЗУ (память программ) предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, таблиц перекодировки входных и выходных переменных и т.п.
Блок регистров (регистр-защелка) предназначен для хранения адресов А0-А7 при обмене данными.
Генератор импульсов предусмотрен для формирования тактовых импульсов для МК. Тактовый сигнал необходим для выполнения инструкций микроконтроллера и работы периферийных модулей (например, универсальные порты ввода/вывода). Внутренний машинный цикл микроконтроллера состоит из нескольких периодов тактового сигнала.
Схема сброса предназначена для перевода МК в исходное состояние с заведомо известными параметрами работы. Что осуществляется подачей сигнала RST на соответствующий вход, который производит следующие действия: сбрасывает счетчик команд и указатель стека; устанавливает порт BUS в высокоимпедансное состояние, а порты P1 и P2 – в режим ввода, выбирает банк регистров 0 и банк памяти 0, запрещает прерывания, останавливает таймер и выдачу синхросигнала на вывод Т0; сбрасывает флаг переполнения таймера TF и флаги пользователя F0 и F1, приводит к началу исполнения программ с нулевого адреса.
Рисунок 1.2 – Функциональная схема адаптера
Программное управление от ПК всеми функциональными элементами осуществляется через схему сопряжения, которая обеспечивает передачу сигналов в канал управления. Схема основана на формирователе сигналов (микросхема преобразователей уровней: логические «0» и «1» в +15 В и
в -15В, и обратно), который отвечает за обмен информацией по последовательному каналу типа RS-232. А так же на диодном ограничители, обеспечивающий размах входного сигнала МК в пределах -0,6…+5,6В. Основное предназначение схемы сопряжения – согласование уровней входных и выходных сигналов с МК и ПК.
ВУ представляют собой объекты исследования – электронные устройства.
1.2 Описание алгоритма работы программно-аппаратного комплекса
Выбранный алгоритм работы ПАК приведен в Приложении Г.
Разрабатываемый ПАК может функционировать в одном из следующих режимов:
– самоконтроль;
– формирование необходимого алгоритма тестирования;
– тестирование;
– выдача результатов тестирования и их визуализация.
В режиме самоконтроля происходит проверка функционирования ПАК, ПЭВМ в автоматическом режиме формирует группу управляющих команд с признаком самоконтроля, которые полностью имитируют все возможные варианты включения элементов тестируемого устройства. Команды передаются в адаптер тем самым, тестируя линии связи между ПЭВМ и адаптером. Адаптер, получив информационную посылку с признаком самоконтроль, проверяет работоспособность ОЗУ и начинает проверку своих функциональных элементов посредством полученных управляющих команд. Для корректного функционирования адаптера на его выходной разъём ставится специальная соединитель, имитирующая тестируемые цепи. После завершения контроля адаптер выдаёт в ПЭВМ информацию о результатах контроля. При положительном результате ПАК готов к дальнейшему функционированию. К нему подсоединяется тестируемое устройство и возможен один из трёх режимов.
В режиме формирования параметров проверки пользователь выбирает необходимые цепи для включения питания, алгоритм включения (параллельный, последовательный, выборочный), проверяемые цепи и их состояние. Пример выбора цепей и их состояния показан в таблице 2.1.
Таблица 1.1 Выбора цепей и их состояния
Цепи состояния Цепи Состояние
Пит. К1 А1 : В10 Разомкнуто > Замкнуто
А2 : В3 Разомкнуто > Разомкнуто
Пит. К2 А3 : В15 Замкнуто > Разомкнуто
А4 : В7 Замкнуто > Замкнуто
Загрузка параметров возможна из предварительно сформированного файла. При этом возможна визуализация упрощённой структуры проверки устройства, которая помогает избежать ошибок пользователя при тестировании. Сформированные параметры передаются в адаптер с признаком тестирования для инициирования процесса тестирования.
В процессе тестирования адаптер в соответствии с заданным алгоритмом включает питание соответствующих цепей и проверяет состояние контролируемых цепей.
Результаты корректной и некорректной проверки сохраняются в ОЗУ. После контроля адаптер осуществляется подачу питания на выбранные цепи и осуществляет повторный контроль их состояния, для проверки функционирования коммутирующих элементов (до срабатывания, после срабатывания и после отключения). Процесс тестирования повторяется необходимое количество раз в зависимости от алгоритма проверки, при этом возможно лишь частичное задействование имеющихся цепей или расширение функциональных возможностей схемы путём незначительного усложнения схемы адаптера. После обработки алгоритма проверки, сохранённые результаты передаются в ПЭВМ для окончательной обработки.
В случае некорректной проверки для пользователя, в режиме визуализации результатов проверки, предлагается несколько вариантов получения информации:
Формализованный – в виде списка цепей, не прошедших тестирование, с указанием некорректного состояния цепи и режима в котором это состояние имело место. Формализованный способ представления информации показан в таблице 1.2.
Таблица 1.2 Формализованный способ представления информации
Цепь Состояние Режим
А1 : В10 Замкнута Срабатывание реле К5
Графический – в виде упрощённой структуры проверяемого устройства, в которой разными цветами изображаются режимы тестирования и цепи, состояние которых не соответствует заданному. Графический способ представления информации изображён рисунке 2.3.
Рисунок 1.3 – Графический способ получения информации
1.3 Выбор кода обмена между адаптером и персональным компьютером
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.
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 1.4 – 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 1.5 – Кодограмма обмена ПЭВМ и адаптера
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.
Весь текст будет доступен после покупки
