１概述 　　

        工業控制器作為工業監測控制的關鍵設備，其應用越來越廣泛，然而其使用前的測試還　停留在人工測試階段，采用人工測試存在測試時間長、不夠精確等缺點。本文作者在Ｗｉｎｄｏｗ　ｓ　９８下開發的基于ＰＣ機工業控制器測試系統，實現了帶ＲＳ２３２通訊接口工業控制器模擬量精度的自動校驗和開關量信號的自動測試。該測試系統的開發為工業控制器的測試提供了一種快速、準確、可靠的自動測試工具。

２ 測試系統組成及原理 　　

為使測試系統有良好的用戶界面，縮短開發周期，測試系統采用了現成ＰＣ機加上自行設計　的ＩＳＡ　總線Ｉ／Ｏ測試板卡的設計方案，其核心是一個基于ＩＳＡ總線測試板卡的數據采集與控制　系統。測試系統由ＰＣ機主板、ＩＳＡ總線測試板卡、鼠標、顯示器、打印機和相應的測試軟件　組成，參見圖１，測試板卡信號輸出端（ＡＯ，ＤＯ）和控制器的信號輸入端（ＡＩ，ＤＩ）連接　，測試板卡信號輸入端（ＡＩ，ＤＩ）和控制器的信號輸出端（ＡＯ，ＤＯ）連接，ＰＣ機的ＲＳ２３２串　口和被測控制器的ＲＳ２３２串口相連，形成若干閉環測試回路。

當測試控制器的ＡＩ通道時，通過測試板卡的ＡＯ通道向被測試控制器發出測試激勵信號（給　定值），經Ｄ／Ａ轉換送到控制器ＡＩ通道，再進行Ａ／Ｄ轉換，所得實測值從串口返回ＰＣ機，和相應給定值進行比較，得出該測試點測量精度；控制器ＡＯ通道的測試是先通過串口發給定值到控制器模擬輸出通道，通過測試板卡的ＡＩ通道采集實測值，計算該點測量精度。開關量的測試與之類似，將給定邏輯值和實測邏輯值進行比較即可。 　　

３ 測試板卡框圖及簡介 　　

測試板卡框圖見圖２，測試板卡由模擬輸入通道、模擬輸出通道，開關量信號的　輸入和輸出以及接口電　路組成，模擬輸入通道包括了模擬信號電流／電壓轉換電路、多路模　擬開關、Ａ／Ｄ轉換部分　，模擬輸出通道包括了多路Ｄ／Ａ轉換器、恒流源電路和輸出信號轉接　電路。板卡共有８路模擬量輸入、１４路模擬量輸出和８路開關量輸入、輸出，模擬量輸入輸　出信號為４￣２０　ｍＡ電流，模擬量輸入的測量精度為０１２５　‰，模擬量輸出的測量精度為　０５　‰。開關量輸入信號為無源觸點或ＴＴＬ電平輸入，開關量輸出信號為ＴＴＬ電平輸出，足　以滿足工業監控器的精度測試和電氣連接要求。　

４．１系統精度 　　

系統精度是指模擬輸入、輸出通道的精度，在設計中從７個方面進行了考慮。

（１）采用低溫漂系數精密電阻取樣 　　

取樣電阻將模擬量輸入信號０－２０ｍＡ變換成０－２Ｖ電平信號，選用０．２　‰低溫漂系數的精密電阻，以保證取樣精度。

（２）模擬濾波 　　

模擬量輸入信號經ＲＣ低頻、高頻濾波，濾除高頻噪聲和低頻噪聲。

（３）采用４１／２位雙積分Ａ／Ｄ轉換器ＩＣＬ７１３５ 　　

雙積分式Ａ／Ｄ轉換器測量的是輸入電壓在積分時間間隔內的平均值，能有效地抑　制工頻干擾，其轉換精度較高。

Ａ／Ｄ芯片外圍電路也是影響Ａ／Ｄ轉換精度的因素。為保證轉換精度，除了采用高精度　基準參考源，其正負工作電源必須穩壓；為減少ＩＣＬ７１３５在積分轉換階段的非線性　，Ａ／Ｄ轉換時鐘頻率應限制在１６６　ｋＨｚ內，取信號積分周期為工作電源周期的整數倍。

（４）模擬量的輸出傳輸采用電流形式 　　

采用電流傳輸能消除傳輸電阻壓降對精度的影響，且電流傳輸時兩線間呈低阻，使外界干擾對傳輸線的作用減小。

（５）選用分辨率為１３位的Ｄ／Ａ轉換器ＭＡＸ５４７ 　　

ＭＡＸ５４７為ＭＡＸＩＭ公司的并行八通道電壓輸出Ｄ／Ａ轉換器，具有集成度高，滿１３位有效　、每路帶雙緩沖輸入鎖存器等特點。由于芯片Ｄ／Ａ轉換電路通過“Ｒ－２Ｒ”梯形網絡實現　，基準參考電壓輸入端的負載變化范圍達１０倍，需選擇負載調整率小的基準參考源，為消除Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉換的互相影響，ＩＣＬ７１３５和ＭＡＸ５４７基準參考源分別進行了配置　。

（６）采用自行設計的高穩定性恒流源電路 　　

恒流源電路如圖３所示，前級電路將ＭＡＸ５４７輸出電壓值＋２５　Ｖ轉換成與后級電路輸出電　流４－２０　ｍＡ成線性比例的電壓值，且具備調零、調滿量程功能。后級電路起信號轉換、恒流驅動作用，即將前級輸出電壓變換成電流輸出，并保證輸出電流信號不隨外加負　載改變而變化。為保證精度，恒流電阻Ｒ１３選用了低溫漂系數精密電阻。

（７）接地 　　

為使數字電路中數字負載的噪聲耦合到模擬電路的誤差最小，將模擬地與數字地分開接，模擬地僅在一點和數字地相連，使得數字部分的電流不會流到模擬回路中去。 　　

４．２抗干擾措施測試 　　

系統位于實驗室環境中，且和被測控制器近距離連接，主要干擾源是電源系統。所采取的措施有：在每組電源輸入端加入高、低頻濾波，對每個芯片電源加對地濾波，大大地降低了各芯片間的串擾；板內電源線、地線加粗、地線敷銅，從而減少接地參考點隨電流的變化。

４．３Ｉ／Ｏ地址沖突的解決 　　

測試板卡Ｉ／Ｏ端口編址方式為Ｉ／Ｏ端口單獨編址，該方式下Ｉ／Ｏ端口地址與存儲單元地　址　重疊，需用指令來區別是對存儲器操作還是對Ｉ／Ｏ地址操作。因此，板卡的端口地址譯碼電　路應同時加Ｉ／Ｏ讀（或Ｉ／Ｏ寫）指令和表示ＤＭＡ操作正在進行的ＡＥＮ之反向信號來限定，當ＣＰＵ　或ＤＭＡ訪問存儲器時，端口地址譯碼電路的輸出就不可能有效。

４．４總線驅動 　　

測試板卡板內總線驅動是必須的，在板內加雙向數據總線驅動，既可避免發生數據總　線競爭，又能減輕系統總線負擔。而板內地址可不加驅動，因為板內地址驅動為單向驅動，　地址信號對系統總線構成的負載不會造成系統工作不正常。

５軟件設計 　　

試系統在Ｗｉｎｄｏｗ　９８操作系統下開發，測試軟件用基于控件對象可視化編程的Ｖｉｓｕａ　ｌ　Ｂａｓｉｃ　６．０編制，測試數據存儲管理選用了Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ａｃｃｅｓｓ　７．０　。整個系統具備自動、手動測試功能，自動測試方式自動完成被測控制器所有通道測試，手動測試方式測試任意單項、任意通道。可存儲、顯示、打印當前測試數據并查詢歷史測試數據。

軟件設計實現中共設４個模塊完成上述功能： 　　

①Ｉ／Ｏ端口的初始化； 　　

②數據采集模塊； 　　

③通訊模塊； 　　

④實時顯示模塊。