技术领域
[0001] 本
发明涉及紧凑型外设互联总线板卡领域，特别涉及一种紧凑型外设互联总线板卡。
背景技术
[0002] 随着科学技术的进步，测试设备开始朝着小型化、专用化的方向发展。紧凑型外设互联(CompactPeripheralComponentInterconnect，简称为CPCI)总线产品具有速度快、体积小、测试精确度高、模
块化等优点，是公认的最有前途的总线之一。C
PCI总线广泛应用于航空航天测试以及工业自动化测试等领域。
电压测量是对被测对象
基础参数的测量。测试设备应具有对被测单机的电压参数进行单重复测试、轮询测试以及并行测试的能
力。现有的CPCI总线板卡通常只设置有一组浮动测量组合模块，无法对被测设备进行双通道并行测试。现有的用于测量电压的CPCI总线板卡还存在测试
精度低、实时性差、
稳定性差等问题。
[0003] 因此，在实现CPCI总线板卡并行测试能力的同时，如何确保电压
信号测量的准确性、一致性，以及板卡作为测试设备的可靠性和稳定性成为本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明
实施例提供了紧凑型外设互联总线板卡，以解决
现有技术中紧凑型外设互联总线板卡不能并行测试、测试精度低、实时性差、稳定性差的问题。
[0005] 本发明实施例提供了一种紧凑型外设互联总线板卡包括微控制单元和多个测量单元；其中，所述微控制单元用于控制所述多个测量单元；
[0006] 所述测量单元包括
模数转换测量模块、信号调理模块和输入通道模块；
[0007] 所述输入通道模块用于将待测信号发送至所述信号调理模块；
[0008] 所述信号调理模块用于对接收到的所述待测信号进行处理得到待测数据，并将所述待测数据发送至所述模数转换测量模块；
[0009] 所述模数转换测量模块用于对所述待测数据进行
采样得到采样数据，并将所述采样数据发送给所述微控制单元；
[0010] 所述微控制单元用于根据所述采样数据计算电压测量结果.
[0011] 进一步地，测量单元还包括独立的供电系统；
[0012] 所述供电系统采用独立的浮地设计。
[0013] 进一步地，所述输入通道模块包括光电耦合继电器；
[0014] 所述微控制单元通过所述光电耦合继电器控制所述输入通道模块的通断。
[0015] 进一步地，所述信号调理模块包括无源
滤波器模块、量程变换模块、有源滤波器模块和内部测量基准与外部测量切换模块；
[0016] 所述
无源滤波器模块用于对所述待测信号进行无源滤波得到第一数据，将所述第一数据发送给量程变换模块；
[0017] 所述量程变换模块用于将所述第一数据进行量程变换得到第二数据，将所述第二数据发送给有源滤波器模块；
[0018] 所述有源滤波器模块用于对所述第二数据进行有源滤波得到待测数据，将所述待测数据发送给内部测量基准与外部测量切换模块；
[0019] 内部测量基准与外部测量切换模块的工作模式包括：内部基准测量和外部测量两种工作模式；
[0020] 内部测量基准与外部测量切换模块工作在外部测量工作模式时，用于将所述待测数据发送给所述模数转换测量模块。
[0021] 进一步地，所述量程变换模块采用电磁继电器实现档位切换；
[0022] 所述量程变换模块每个档位的输入阻抗不低于10MΩ。
[0023] 进一步地，所述包括多个测量单元中所述测量单元的个数为两个。
[0024] 进一步地，还包括
可编程逻辑器件模块和总线模块；
[0025] 所述总线模块、所述输入通道模块、所述模数转换测量模块、所述无源滤波器模块、所述量程变换模块、所述有源滤波器模块和所述内部测量基准与外部测量切换模块的知识产权核集成在所述可编程逻辑器件模块中；
[0026] 所述微控制单元用于控制集成在所述可编程逻辑器件模块中的所述知识产权核。
[0027] 进一步地，所述微控制单元还用于控制所述多个测量单元中的任意一个测试单元工作。
[0028] 进一步地，所述微控制单元还用于控制所述多个测量单元中的任意两个测试单元同时工作。
[0029] 进一步地，所述微控制单元还用于控制所述多个测量单元按照预定次序工作。
[0030] 本发明实施例提供的紧凑型外设互联总线板卡通过微控制单元实现
硬件控制和
数据采集的功能，减轻了上位机对于数据采集和硬件控制的负担。微控制单元的定时精度优于上位机定时精度，因此测试结果稳定性和一致性得到提升。本发明实施例提供的紧凑型外设互联总线板卡不同的测量单元不共地可避免多个测量单元之间因为电压差距互相干扰。本发明实施例提供的紧凑型外设互联总线板卡采用光电耦合继电器控制输入通道通断。光电耦合继电器不受
电场和
磁场的干扰，能够保证输入输出的可靠隔离。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1为本发明实施例的CPCI总线板卡结构
框图。
[0033] 图2为本发明实施例的CPCI总线板卡单通道测试
流程图。
[0034] 图3为本发明实施例的CPCI总线板卡轮询测试流程图。
[0035] 图4为本发明实施例的CPCI总线板卡并行测试流程图。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本
申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037] 本发明实施例提供了一种CPCI总线板卡，用于电压测试，包括微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)和MCU控制的多个测量单元。测量单元包括模数转换(Analog-to-Digital Converter，简称为ADC)测量模块、信号调理模块和输入通道模块。输入通道模块用于将待测信号发送至信号调理模块。信号调理模块用于对接收到的待测信号进行处理得到待测数据，并将待测数据发送至ADC测量模块。ADC测量模块用于对待测数据进行采样得到采样数据，并将采样数据发送给MCU。MCU用于根据采样数据计算电压测量结果。现有的CPCI总线板卡通常只设置有一组浮动测量组合模块，无法对被测设备进行并行测试。本发明实施例提供的CPCI总线板卡包括多个测量单元，可对被测设备进并行测试。本发明实施例提供的CPCI总线板卡通过MCU实现数据采集的功能，减轻了上位机对于数据采集的负担。本发明实施例提供的CPCI总线板卡不同的测量单元不共地可避免多个测量单元之间因为电压差距互相干扰。
[0038] 在一个可选实施例中，信号调理模块包括无源滤波器模块、量程变换模块、有源滤波器模块和内部测量基准与外部测量切换模块；无源滤波器模块用于对待测信号进行无源滤波得到第一数据，将第一数据发送给量程变换模块；量程变换模块用于将第一数据进行量程变换得到第二数据，将第二数据发送给有源滤波器模块；有源滤波器模块用于对第二数据进行有源滤波得到待测数据，将待测数据发送给内部测量基准与外部测量切换模块；内部测量基准与外部测量切换模块的工作模式包括：内部基准测量和外部测量两种工作模式；内部测量基准与外部测量切换模块工作在外部测量工作模式时，用于将待测数据发送给ADC测量模块。
[0039] 图1为本发明实施例的CPCI总线板卡结构框图。如图1所示，CPCI总线板卡包括MCU、可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)模块、总线模块和两个测试单元。测试单元包括依次连接的输入通道模块、无源滤波器模块、量程变换模块、有源滤波器模块内部测量基准与外部测量切换模块和ADC测量模块。ADC测量模块优选使用
软件程控配置采样速率和采样点数，提高测试的一致性和稳定性。总线模块、输入通道模块、无源滤波器模块、量程变换模块、有源滤波器模块内部测量基准与外部测量切换模块和ADC测量模块知识产权核(Intellectual Property core，简称为IP核)核集成在FPGA模块中。MCU通过集成在FPGA模块中的IP核控制对应的模块。MCU通过控制FPGA模块中的
内核承担了硬件控制与数据采集的功能。MCU的应用减轻了上位机对于数据采集和通道控制的负担，提高了系统的实时性。由于MCU的定时精度优于上位机定时精度，因此测试结果稳定性和一致性得到了提升。
[0040] 在一个可选实施例中，无源滤波器模块的工作模式包括：直通模式和滤波模式。无源滤波器模块工作在直通模式时将待测信号作为第一数据直接输出。无源滤波器模块工作在滤波模式时，对待测信号进行无源滤波得到第一数据。量程变换模块用于对第一数据进行量程变换得到第二数据。有源滤波器的工作模式包括：直通模式和滤波模式。有源滤波器模块工作在直通模式时将第二数据作为待测数据直接输出。有源滤波器模块工作在滤波模式时，对第二数据进行有源滤波得到待测数据，提高后级ADC测量模块采样的稳定性。有源滤波器和无源滤波器的使用，可有效提高板卡电压采集的稳定性和一致性。内部测量基准与外部测量切换模块的工作模式包括：内部基准测量和外部测量两种工作模式。通过内部基准电压测量可以判断地面板卡测量通道是否工作正常，以及零偏和满偏是否在校准范围内。
[0041] 在一个可选实施例中，输入通道模块采用光电耦合继电器作为模拟
开关。MCU通过光电耦合继电器控制输入通道通断。光电耦合继电器不受电场和磁场的干扰，能够保证输入输出的可靠隔离。量程变换模块优选采用电磁继电器实现档位切换。在一个可选实施例中，量程变换模块采用电磁继电器对±200mV～±100V的第一数据进行档位切换，同时每个档位的输入阻抗不低于10MΩ。高输入阻抗可有效减少板卡测量端对被测信号的影响，提高测试的准确性。本实施例提供的CPCI总线板卡减少了对被测
电路引入的阻抗匹配误差，提高测试的准确性和一致性。
[0042] 在一个可选实施例中，测量单元还包括独立的供电系统。供电系统采用独立的浮地设计。不同的测量单元不共地可避免多个测量单元之间因为电压差距互相干扰。测量单元包括采用电磁耦合隔离设计的控制
接口。电磁耦合隔离设计的控制接口提高了
信号传输的隔离度。独立的浮地设计和隔离设计使得CPCI总线板卡的稳定性得到了提升。
[0043] 在一个可选实施例中，MCU还用于控制多个测量单元中的任意一个测试单元工作。图2为本发明实施例的CPCI总线板卡单通道测试流程图。如图2所示，控制方法包括如下步骤：
[0044] 步骤1：选择一个用于测试的测量单元；
[0045] 步骤2：MCU通过FPGA模块中测量单元对应的输入通道模块的IP核控制输入通道模块接通；
[0046] 步骤3：MCU通过FPGA模块中测量单元对应的无源滤波器模块的IP核设置无源滤波器模块工作模式；
[0047] 步骤4：MCU通过FPGA模块中测量单元对应的有源滤波器模块的IP核设置有源滤波器模块的工作模式；
[0048] 步骤5：MCU通过FPGA模块中测量单元对应的量程变换模块的IP核设置量程变换模块的量程；
[0049] 步骤6：MCU通过FPGA模块中测量单元对应的内部测量基准与外部测量切换模块的IP核控制内部测量基准与外部测量切换模块工作在外部测量工作模式；
[0050] 步骤7：MCU通过ADC测量模块的IP核设置ADC测量模块的采样速率和采样点数；
[0051] 步骤8：MCU采集测量数据并计算测量结果；
[0052] 步骤9：MCU将测量结果通过FPGA模块中总线模块的IP核发送给上位机。
[0053] 在一个可选实施例中，对被测设备进行单通道测试时，MCU通过FPGA中的IP核控制光电耦合继电器进行模拟电压信号切换。光电耦合继电器的开启时间最大值为2ms，关断时间最大值为1ms。单通道轮询时间为每通道3ms。
[0054] 在一个可选实施例中，MCU还用于控制多个测量单元按照预定次序工作。图3为本发明实施例的CPCI总线板卡轮询测试流程图。如图3所示，该轮询测试控制方法包括如下步骤：
[0055] 步骤1：将测量单元按照测试顺序排序；
[0056] 步骤2：MCU通过FPGA模块按照排序依次启动测量单元采集测量数据并计算测量结果；
[0057] 步骤3：MCU将测量结果通过FPGA模块中总线模块的IP核发送给上位机。
[0058] 在一个可选实施例中，对被测设备进行轮询测试时，MCU通过FPGA中的IP核设定参与轮询测试的测量单元的测量顺序，并设置是否使用有源滤波器和无源滤波器，选择相应的量程，设置ADC采集模块的采样速率和采样点数。在一个可选实施例中，每个通道的测量时间为ADC测量模块的采样速率与采样点数的乘积。在一个可选实施例中，ADC测量模块的采样速率最大为4us/点，可编程点数最大为65536点。MCU
协处理器控制ADC测量模块的单通道测量时间为0.004ms～262ms。通过可设定的采样速率和采样点数，可以提高CPCI总线板卡测量电压信号的稳定性和一致性。MCU先开启第一个测量单元输入通道模块的光电耦合继电器，等待第一测量单元完成测量后关闭第一个测量单元的光电耦合继电器，之后开启第二个测量单元输入通道模块的光电耦合继电器，控制参与轮询测试的测量单元依次完成测量。
[0059] 在一个可选实施例中，MCU还用于控制多个测量单元中的任意两个测试单元同时工作。图4为本发明实施例的CPCI总线板卡并行测试流程图。如图4所示，该并行测试控制方法包括如下步骤：
[0060] 步骤1：MCU通过FPGA模块同时启动两个测量单元；
[0061] 步骤2：MCU通过FPGA模块同时采集两个测量单元的测量数据并计算测量结果；
[0062] 步骤3：MCU将测量结果通过FPGA模块中总线模块的IP核发送给上位机。
[0063] 在一个可选实施例中，对被测设备进行双通道并行测试时，被测信号B是被测信号A的同步时序相关信号，两个信号不共地。MCU通过FPGA中的IP核
选定两个测量单元，并设置是否使用有源滤波器和
模拟滤波器模块，选择相应量程。MCU协处理器通过FPGA模块设置ADC采集模块的采样速率和采样点数，MCU协处理器模块在设定时刻同时启动两个测量单元的并测电压采集功能，并计算测量结果，将测量结果通过FPGA模块中总线模块的IP核交换到上位机的内存空间中。此时上位机获得在设定时刻被测信号A和被测信号B的并测差分电压值。两个测量单元采用两套独立供电系统，可以克服共模干扰，提高测试的稳定性，采用数字电路信号电磁隔离的控制技术，提高地面板卡的可靠性。滤波器的使用，高输入阻抗的设，可编程设定测量模块采样速率和点数，以及程控选择测量档为，提升了地面板卡的准确性和一致性。
