基于CAN总线的航空电缆测试系统分布机研究

 　　2．3．1 CPLD功能实现

　　分布机利用CPLD实现主控制器LPC2290 I／O口扩展，主控制器只需把待测电缆地址通过串行接口SPI发送给CPID，由CPLD控制继电器矩阵开关进行选通。CPLD采甩Altera公司的MAXⅡ系列的EPM570ZM256C6，具有160个通用I／O口。开发工具采用Altera公司推出的综合性PLD开发软件QuartusⅡ。根据分布机测点容量需求，CPLD设计成一个150位串入并出的移位寄存器和一个150位的输出锁存器，寄存器与输出锁存器的控制相互独立，综合后的功能模块如图4所示。其中，CLK为移位寄存器的时钟输入，数据在上升沿时读入；SI是串行输入口；SO为串行输出，用于进行级联；LAT是输出锁存器控制信号，数据在其上升沿时输出；EN为使能端，高电平使能输出，低电平则使输出为高阻态。20片CPLD级联可以使分布机实现3 000点的测试容量。

　　2．3．2 LPC2290对CPLD的控制

　　LPC2290通过SPI接口控制CPLD，连接原理图如图5所示。

　　该系统中SPI总线操作的流程图如图6所示。LPC2290的SPI接口数据传输格式的设置要与CPLD数据传输格式相符合，即SPCR=0x30，SPI接口每次发送一个字节的数据，在本系统中需要做375次循环，可实现3 000位数据的串入并出。

　　关键程序代码如下所示：

　　2．4 继电器矩阵开关设计

　　矩阵开关的主要作用是实现对测试点的导通选择以及将测试电路切换到相应的通道。与CPLD相对应，矩阵开关以150个点为单位。

　　继电器作为测点通断的执行元件，其可靠性和反应速度直接影响整个系统的性能，选择具有高可靠性、高信号隔离度和性能稳定等特点的12 V继电器EC2—12作为切换控制继电器。EC2—12是单线圈自锁继电器，当输入+12 V激励时继电器闭合，并且状态会一直保持，直到-12 V激励到来时继电器才会打开。选择L298N组成继电器驱动电路，该驱动电路能将TTL逻辑电平信号转换为本系统所需的±12 V电压，实现继电器的置位和复位。利用每一EC2—12的2个常开点(K1和K2是继电器1和继电器2常开点)控制2个(例如0和1)测点，每一对继电器控制两个测点位置(继电器1控制输出端，继电器2控制输入端)，其原理图如图7所示。测试电路经切换开关接到输入和输出端，实现对待测电缆的测试。

　　3 结语

　　该系统在确定CAN总线工作模式的基础上，分布机硬件采用模块化设计；针对大规模矩阵开关模块的控制方式，提出了基于CPLD的设计方案，给出硬件实现方法和部分通信程序流程。系统可以根据待测对象实现测试容量的扩充，使用方便，能够在主机统一调配下实现多点激励，提高测试速度和测试柔性，可应用在航空电缆等具有复杂电缆网络的大型设备场合。