在飛行器發射試驗中，常用遙測系統獲取其內部各系統的工作狀態參數和環境數據，為評定飛行器的性能及故障分析提供依據。數字量變換器作為遙測系統彈上的重要設備，它的主要功能是控制接收彈上的各種飛行參數。變換器性能的優劣將直接影響遙測結果，對飛行器研制和試驗過程中試驗數據的測試產生很大影響，將關系到飛行器試驗的成敗和以后飛行器性能的改進和提高。在飛行器的研制過程中，多次試驗和考核是非常重要的。對數字量變換器做出準確、客觀、可靠地評價是其生產過程中的關鍵環節，而這一環節只能由變換器測試系統來完成。可編程邏輯器件（FPGA）以其高速、可重構、設計靈活、開發費用低、I/O 引腳和內部資源豐富的等優點，在近代測試系統中贏得了越來越廣泛的應用。本文以FPGA 為邏輯控制中心設計的測試系統，主要是對數字量變換器進行單元測試，在其實際研制和調試過程中發揮了關鍵的作用。

　　系統結構和工作原理

　　系統設計時，采用模塊化設計的思想，按照技術指標設計各個功能模塊，通過各模塊之間的協調配合完成系統的測試任務。系統的整體結構框圖如圖1所示，整個系統由計算機、USB 芯片FT245、兩片FPGA、輸出電源電壓控制模塊、計算機字信號發送模塊、勤務信號發送模塊、計算機字數碼與指令數碼接收模塊和指令信號發送模塊組成。模塊化設計能夠使在進行系統調試和硬件編程時，簡單、快速的定位并解決問題。

　　硬件電路選用XILINX 公司的XC3S200-208和XC2S100-208兩片FPGA 作為系統的邏輯控制中心，其中XC3S200-208作為主控芯片，主要實現對上位機的命令接收和判斷，進而產生和發送計算機字信號，接收計算機字數碼和指令數碼并編幀、上傳數據至上位機；XC2S100-208作為從控制芯片，完成128路指令信號的發送；兩片FPGA 之間采用串行通信的方式發送控制命令來實現通訊。另外，通過上位機軟件可以實現向系統發送復位或停止命令，這樣能夠減少硬件的功耗并提高測試系統的工作效率。

　　USB 接口模塊實現

　　USB 具有成本低、通用性好、連接簡單、支持熱拔插等特點，而從系統實際的速率傳輸要求出發，設計采用通用USB 接口芯片FT245BM 實現與上位機的通信。FT245BM 主要的功能是在內部邏輯的作用下實現數據串/并雙向轉換，它的最大傳輸速率可以達到M/s.FT245BM 免去了復雜的固件編程及驅動程序的編寫，能夠簡化USB 的接口設計，為系統節省設計時間。

　　FT245BM 的8位數據線D7~D0、讀信號RD、寫信號WR、發送使能TXE、接收數據完畢信號RXF 與FPGA 連接，來完成兩者的通信。計算機通過應用程序、動態鏈接庫的有效配合將控制命令信號發送到FT245BM，FPGA 利用與之相連的I/O 口接收下發的控制命令或是發送上傳的測試數據。

　　輸出電源電壓控制模塊實現

　　由于需要為被測數字量變換器提供3檔工作電壓25V、28V、31V，在電源模塊輸出端連接三種不同阻值的電阻，就可以實現3種電壓的切換，實現控制的電路如圖3所示。

　　圖中VCON+，VCON-為電源模塊的輸入電壓，R25、R26、R27三組電位器用來調節電阻。25VCON、31VCON 分別與FPGA 的I/O 相連，是FPGA 給出的控制信號，電路中三極管的作用是利用其電流放大來增加信號的驅動能力。通過FPGA 對控制命令的判斷來實現3檔電壓的控制。此外，系統的默認及復位的輸出電壓為28V。

　　計算機字信號發送模塊實現

　　由于要求計算機字和移位脈沖的幅值都為8~10V，所以電路中采用運算放大器電路對FPGA 輸出的信號進行放大來獲取所需幅值的信號。計算機字信號發送電路如圖4所示。

　　為了滿足輸出信號的精度和電流驅動能力的要求，本模塊中采用AD 公司的運放AD811來設計電路。此運算放大器是高速運放，采用雙電源供電，2500V/us 是其最高轉換速率，具有較低的電流、電亞噪聲。設計中采用同相放大電壓串聯型負反饋電路，輸出電壓穩定并且反饋效果好。電路中R83的接地是為了盡量減小由于偏置電流引起的電壓失調，其阻值等于R22和R60的并聯阻值，為R22//R60=666Ω。

　　勤務信號發送模塊實現

　　計算機字信號和指令信號都有相應的勤務信號來滿足時序要求，一般勤務信號就是指幀、碼同步信號，對其他信號的產生和接收起到時序基準同步的作用。指令勤務信號的電路原理如圖5所示。計算機字勤務信號與其原理相同。根據系統的信號輸出要求，即幀、碼同步信號的幅值和電流驅動能力的要求，采用非門芯片SN5405J 作為驅動電路來滿足設計要求。

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　　數碼接收模塊實現測試系統需要接收經變換器處理之后的信號，變換器以數碼方式回傳給測試系統，包括計算機數碼和指令數碼，兩者的接收原理相同。設計采用光耦隔離的方式對數碼信號進行接收，其電路原理圖如圖6所示。

　　光電耦合器采用TI 公司的HCPL-2631，它具有電絕緣能力和抗干擾能力，并且能有效的抑制各種噪聲和尖峰脈沖干擾。它的兩個輸入端分別接收計算機字數碼和指令數碼，其中在光耦輸入端連接的二極管作用是用來防止信號反跳造成內部二極管燒壞。

　　指令信號發送模塊實現

　　指令信號是指一種斷開或閉合的開關量信號。此模塊的128路指令信號全部采用光耦繼電器來實現，依據參數要求選擇AQY210作為控制開關的器件，它的特點是耐高壓，反應速度快，使用時間長。其單路指令信號發送電路原理如圖7所示。

　　由由于指令信號的路數比較多，如果FPGA 的I/O 口輸出直接驅動AQY210，勢必會增加FPGA 的功耗。因此采用三極管對FPGA 的輸出信號進行電流放大來提高控制信號的驅動能力。本設計采用NPN 型三極管3DK103，圖中3order1是FPGA 的輸出信號，其為‘0’時，三極管截止；其為‘1’時，三極管處于電流放大，流經光繼電器發光管的電流13mA 足以使AQY210導通。

　　測試系統充分利用FPGA 強大的內部邏輯功能和與外圍硬件電路的設計，來達到系統的測試功能。通過測試系統和數字量變換器的聯試，驗證了系統各項的輸出，對數字量變換器的性能做出權衡性的檢測。
電子發燒友網技術編輯點評分析：

　　本文以FPGA 為控制核心，開展數字量變換器測試系統設計， 系統通過USB 實現與計算機的通信，能夠產生計算機字信號及相應移位脈沖信號、勤務信號和128路指令信號，并能接收經過數字量變換器變化后的計算機數碼和指令數碼信號，測試系統能夠完成對數字量變換器各項性能指標的測試。實驗表明，測試系統精度及可靠性高、實時性好，已經成功應用于某遙測系統中。
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