电子线路板卡自动检测系统输入输出扩展电路的设计

陈茹

（陕西国际商贸学院信息与工程学院，陕西咸阳712046）

电子线路板卡自动检测系统输入输出扩展电路的设计

陈茹

（陕西国际商贸学院信息与工程学院，陕西咸阳712046）

基于扩展电路应用需求，笔者采用了板卡自动监测技术对输入输出扩展电路设计进行分析，结合多方面试验得出板卡的自动检测技术已得到广泛应用，但在实际应用中，由于板卡的输入和输出接口较多，且型号各异，因此对板卡自动检测系统的应用和发展带来一定困扰这一结论。针对此问题，本文从板卡输入和输出接口的型号着手，设计了自动检测输入输出扩展电路，在实际运用中取得了成功。

板卡检测；检测系统；扩展电路；设计

由于板卡的输入输出端口众多，这就使得检测系统需拥有满足板卡众多输出端口的输入端口，此外当前板卡输入输出端口型号众多，使得当前检测系统难以满足检测需求。因此本文尝试制作检测硬件的扩张模块来满足检测需求。例如可以将单片机8个引脚做成开关量输出，然后对其进行编址就获得了255路输入。

因为板卡的信号种类很多，因此在进行检测时，需对采集的信号进行分类。主要的信号包括开关量信号、模拟小信号、周期信号、大信号等。通常信号采集卡的模拟量输入、开关量输入、输出分别只有32路、16路、16路，远无法满足检测需求。设计扩展电路，可以将所需检测的信号分时输入采集卡，最后再分时输出到板卡，最终达到检测目的。

1　输入扩展电路设计分析

在对信号输入扩展系统进行检测时可以发现拓展电路系统的控制信号是数据采集卡的开关量，数据选择器将会接受板卡的控制信号，数据选择器也会也会将信号进行处理与分析，最后将信号数据输送至开关量输入端或是模拟量输入端。一般来说整个输入扩展电路由3个主要部分构成，即数据选择电路、译码电路以及信号处理电路，3个部分分别承担着不同的信号接收、分析、处理与传输的功能。下面进行分类阐述：

数据选择电路主要是由四个数据选择器构成，由于数据选择器种类繁多，因此在选择时优先考量到满足系统应用及扩展需求，本次设计采用是型号为CC4051的8选1多路模拟开关，不过由于该型号的数据选择器设计较为复杂，包括了禁止端INH八选一的译码器及其配套的八个双向模拟开关（型号：CMOS），此时当禁止端INH输出量为1时，那么八个双向模拟开关都处于关闭状态，但是当禁止端INH输出量为0时，那么输出通道将由地址线进行决定。需要注意的是，信号输出通道属于双向通道，这意味着信号能够利用该通道输入与输出。该系统中信号传送范围有着精确的控制，即满足在VEE～～VCC丨。数据选择电路的构成基础中，4片数据选择器主要采用了三根型号一样的地址线，即A5地址线、A6地址线与A7地址线，其中需要以八选一多路模拟器开关进行控制，值得一提的是这四片数据选择器扩展面板上都可以满足三十二路检测信号的输入要求，但是必须保证外部检测信号的波动范围在4051VEE～～VCC丨范围内，所以说需要借助于三针跳线器进行设计，其中一针与5 V电平进行串接，另外两针分别与0V电平与VEE端口连接，这样数据选择电路基本设计完成。在应用的时候，工作人员可以根据输入信号的不同选择连接端口。

译码电路主要由两个译码器组成，本次设计采用的是型号为74LS138译码器。为了对两个译码器进行区分，将其命名为译码器A与译码器B。译码器A的板选信号有8个基本输出量，这8个信号数据量都会输入译码器B使能端以维持译码器B正常运转。不过编码器B中输出的四个信号可以保证数据选择器片选信号的应用，这样才能够为每个数据选择器的工作范畴进行明确划分。整个译码电路中设置有A0～A4五根地址线，因此能够充分满足三十二片数据选择器的选择功能应用。

信号处理电路一般也被人们称为信号调理电路，该部分的主要作用是将其他部分输入的信号进行简单的预处理，在对板卡进行检测时工作人员也能够利用简单的调整跳线组合实现不同信号的预处理并且能够将不同的信号输送至不同的处理电路中。信号处理系统对信号进行检测时，如果信号为模拟大信号，就需要用运算放大器构成一个电压跟随器，然后将模拟量通过采集卡输入端口AIN0；如果信号检测为模拟小信号，甚至信号极为微小，不能够满足A/D数据转化分辨率的需求，只是采集卡输入端存在较大的误差。因此需要将信号转换前利用A/D进行转化进而使信号放大。如果检测信号时发现信号为周期频率信号，则需要优先将其送入比较器同相端中［7］，然后将参考电平与比较器的负向端串接，这样信号在输入比较器后会经过处理并形成不同频率的方波输出至转换器中。但是如果输入转换器中的信号为开关量信号，那么需要经过转换器的处理计算出输入信号的频率。

在对信号进行检测时，如果信号为开关量信号，那么需要将开关量信号进行处理，利用六施密特触发器（型号：CMOS）使用CD40106整形，才能够输入值采集卡开关量输入端DIN0。

2　电子线路板卡自动检测系统输出扩展电路设计

电子线路板卡［8］自动检测系统输出扩展电路，主要包括两个部分，即开关量输出扩展与模拟量输出扩展，输出扩展电路的功能就是分时将控制信号（模拟量、开关量）送至板卡中。

如图1所示，开关量输出扩展系统的示意图。扩展电路主要包括两个部分，即锁存电路与译码电路；锁存器主要通过八片74LS373予以实现，地址线A15体育锁存器LE端相连接，如果A15从高电平跳转变为低电平的时候，代表数据已经被锁存。译码电路的主要组成部分为九个3-8译码器，译码器0的所有8个输出均当作片选信号，分别与译码器1、译码器2、译码器3、译码器4、译码器5、译码器6、译码器7、译码器8的使能端连接在一起，以此对8个译码器的选通进行合理的控制。选通的译码器主要按照地址线A12-A14值，判断相应的输出信号应当选为高电平或者低电平，然后再将这一信号送入至锁存器输入端。

图1　开关量输出扩展系统示意图

如图2所示，模拟量输出扩展系统示意图，多路开关与译码电路是组成扩展电路的主要部分。多路开关主要选取7片八选一多路模拟开关CC4051，译码电路主要选取两片3-8译码器74LS138。在译码电路输出的选通信号作用的基础上，可以通过多路开关将模拟信号分时送至板卡中。

图2　模拟量输出扩展系统示意图

3　电压/频率转换电路的实现

电子线路板卡自动检测系统对于电压/频率转换的实现，主要选用LM331。LM331，实质上就是一种集成芯片，由美国国家半导体公司生产制造，其性价比十分高，LM331可以用于A/D转换器、精密频率电压转换器、长时间积分器、线性频率调制解调以及其他相关器件中。LM331的优点主要包括以下几个方面：1）LM331的线性度比较好，其最大非线性失真度＜0.01%；2）LM331的动态范围较宽，在10 kHz满量程频率下100 dB为LM331的最小值；3）LM331的工作频率范围较宽，其工作频率范围处于1 Hz～10 kHz之间；4）LM331的功耗小，LM331在5 V下典型值主要为15 mW；5）LM331的电源范围较宽，处于4～40 V范围内，同时LM331还具备一定的电源短路保护功能。

电子线路板卡自动检测系统主要选取LM331来实现电压/频率转换功能，具体如图3所示。输入脉冲f在处于下降状态的时候，沿着C14、R28构成的微分电路，导致负脉冲产生。对电位器RW3进行合理调节，得到Rs=RW3+R32=14.2 kΩ，因此V0=fi×10-3V。

4　线路板功能测试

4.1测试控制板

控制板主要包括保护开关电器与控制开关电气的核心处理单元，还有外围辅助电路，例如：通信接口、液晶、键盘以及信号调理、控制输出等多个单元电路［9］。保护器在运行过程中，通过对三相电流互感器输出电流进行监测，按照参数的具体设置，发挥自身的保护功能。在对线路板进行测试的过程中，不需要对互感器进行测量，但是需要模拟三相电源，同时还确保输出的精确度。

图3　LM331电压/频率转换电图示意图

4.2测试电源板

测试电源板，主要包括反映电路特性的电压波形与多个电源输出电压［10］。电源板中包含了很多参考地，测试点可以划分为弱电与强电，强电的部分峰值＞300 V。为了对测试系统进行保护，需要隔离测量参考地与这些参考地；除此之外，当个别信号频率处于二十多千赫兹，而且不符合相关规定标准的正弦波形时，代表其为斩波信号，且占空比大约在10%左右。所以，对于电源板的测试，需要采用直流模拟量隔离模块，同时还需要使用到快变模拟量隔离模块。电源板测试过程中，还应当加载数字隔离脱扣控制有效电平，对脱扣电压波形进行实时的观察，检测脱扣装置中的电磁铁功率是否充足，确保脱扣动作可以稳定进行。测试系统根据不同连接模拟通道，对经过处理的测试参数进行读取，然后对测试标准进行比较分析。

5　结束语

文中通过对电路输入输出进行扩展设计，使得电子板卡的自动检测系统能够对完成对更多类型的电子板卡进行检测，弥补了传统检测中，监测信息少，检测不全面的缺点。本设计中的扩张电路，以其较强的适应性、更加简便的操作性，在多个电子企业电子板卡自动检测系统中得到应用和推广。但不可否认的是，该扩展电路稳定性有待改进。在电子板卡的检测系统中，我们仍需不断深入研究探索，使板卡的自动检测系统更加完善。

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Electronic circuit board automatically detects the system input and output expansion circuit design

CHEN Ru
（Information and Engineering，Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xianyang 712046，China）

Based on extended circuit application requirements，the author uses the board automatic monitoring technology of input and output expansion circuit design were analyzed，combined with the various experiments，it was found that the board of the automatic detection technology has been widely used，but in practical application，because of the board's input and output interface more and different types，so the application and development of automatic detection system for board bring some trouble this conclusion.In view of this problem，this paper designs the circuit of automatic detection of input and output from the model of board input and output interface.

board testing；detection system；extension circuit；design

TN99

A

1674－6236（2016）12-0121-03

2015-07-01稿件编号：201507014

陕西省科学研究计划项目（2014K08-37）

陈茹（1980—），女，陕西礼泉人，讲师。研究方向：电子技术。