一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置及方法，该信号隔离调理装置包括若干功能模块通用接口、通道管理电路、外部输入接口以及外部输出接口。本发明具有以下有益效果：对于不同信号的隔离调理只需在本装置上更换功能模块即可完成，降低成本；最多可以安装三块功能模块，多个装置可以并联使用，可兼顾成本和效率；可以自动配置功能模块中物理通道的逻辑映射关系、在线调整功能模块参数，外部设备使用更加便捷；可以自动修正物理通道的参数、调理精度高；采用标准3U插卡式结构，可应用于标准机箱。
【专利说明】—种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动测控【技术领域】，具体涉及一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置及方法。
【背景技术】
[0002]自动测试系统广泛应用于产品的研制、生产、存储及使用维护的各个环节，成为保障支持的重要组成部分。随着测试需求的不断变化和技术的进步，对测试系统组建、开发、维护、替换、升级的周期和成本提出了越来越高的要求，传统封闭结构体系的自动测试系统已经无法满足。以VX1、PC1、PXI等测量总线为代表的虚拟仪器测试技术很好的解决了以上问题，将计算机引入测试系统实现了测试平台的通用化，简化了传统的测试电路，使整个自动测试系统便于扩展、移植和升级换代。目前主流的自动测试系统都是采用“通用控制器+特定功能模块”的模式构建，在这种模式下由于各种特定功能模块使用的是标准板卡，对于接口信号的电气特征都有统一的约定，例如=DAQ卡电压幅值在±10V以内、数字采集卡要求TTL电平逻辑。因此，如何将被测信号电气特征调理到标准格式就成为一项重要的工作。相对于控制器和功能模块的通用化，隔离调理模块由于不同的被测对象在信号类型、数量和特征上都存在巨大的差异，如何在兼顾成本和效率的前提下进行模块化设计就成为自动测试系统通用化的瓶颈。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置及方法。具体的技术方案如下:
一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，包括若干功能模块通用接口、通道管理电路、外部输入接口以及外部输出接口 ；外部输入接口与通道管理电路连接，外部输入接口分别与若干功能模块通用接口连接，通道管理电路分别与若干功能模块通用接口连接，若干功能模块通用接口分别与外部输出接口连接；其中，外部输入接口用于输入待隔离调理信号和参数调整指令，通道管理电路用于对功能模块通用接口进行控制和管理，功能模块通用接口用于装配所需的功能模块，外部输出接口用于输出隔离调理后的信号；
功能模块通用接口包括功能模块输入接口和功能模块输出接口，功能模块输入接口分别与外部输入接口和通道管理电路连接，功能模块输出接口与外部输出接口连接；功能模块输入接口和功能模块输出接口之间用于安装所需的功能模块；
通道管理电路包括相互连接的主控制器和总线驱动器，总线驱动器与外部输入接口连接，主控制器分别与若干功能模块通用接口的功能模块输入接口连接；总线驱动器用于实现主控制器与外部输入接口之间的通信。
[0004]作为优化方案，主控制器的型号为PIC18F45K22。
[0005]作为优化方案，总线驱动器的型号为MAX485ESA。
[0006]作为优化方案，功能模块输入接口和功能模块输出接口均为TFM-120-01-L-S-LC接插件。
[0007]作为优化方案，外部输入接口为符合IEC 61076-4-101标准的A型110芯的连接器。
[0008]作为优化方案，外部输出接口为标准D型37芯连接器。
[0009]一种可配置多种功能模块的信号隔离调理方法，包括如下步骤:
步骤Si，在功能模块通用接口上设置所需的功能模块；利用主控制器向所有功能模块输入接口获取并存储通道信息，并将通道信息通过总线驱动器发送到外部输入接口，利用外部输入接口将通道信息向外部发送；
步骤S2，利用外部输入接口接收通道调整指令，并将通道调整指令经由总线驱动器转发给主控制器；主控制器对通道调整指令进行解析后，发送一控制指令给相应的功能模块输入接口 ；
步骤S3，利用外部输入接口接收待隔离调理信号，并将待隔离调理信号转发给相应的功能模块输入接口；
步骤S4,功能模块通用接口上装载的功能模块根据控制指令调整调理系数，并对待隔离调理信号进行隔离调理，功能模块输出接口将隔离调理后的信号发送到外部输出接口，通过外部输出接口输出隔离调理后的信号。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(1)本发明对于不同信号的隔离调理只需在本装置上更换功能模块即可完成，降低成
本；
(2)本发明最多可以安装三块功能模块，多个装置可以并联使用，可兼顾成本和效率；
(3)本发明可以自动配置功能模块中物理通道的逻辑映射关系、在线调整功能模块参数，外部设备使用更加便捷；可以自动修正物理通道的参数、调理精度高；
(4 )本发明采用标准3U插卡式结构，可应用于标准机箱。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明信号隔离调理装置的结构框图；
图2为主控制器的电路原理图；
图3为总线驱动器的电路原理图；
图4为功能模块通用接口的电路原理图；
图5为外部输入接口的电路原理图；
图6为外部输出接口的电路原理图；
图7为本发明信号隔离调理方法的总流程图。
[0012]上图中序号为:1_外部输入接口、2-外部输出接口、3-功能模块通用接口、301-功能模块输入接口、302-功能模块输出接口、4_通道管理电路、401-主控制器、402-总线驱动器。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
[0014]实施例1:如图1所示，一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，包括三个功能模块通用接口 3、通道管理电路4、外部输入接口 I以及外部输出接口 2。本发明对功能模块通用接口3的数量不作限制，功能模块通用接口 3的数量不限于三个，可根据需要进行调整。外部输入接口 I与通道管理电路4连接，外部输入接口 I分别与三个功能模块通用接口 3连接，通道管理电路4分别与三个功能模块通用接口 3连接，三个功能模块通用接口 3分别与外部输出接口 2连接。其中，外部输入接口 I用于输入待隔离调理信号和参数调整指令，通道管理电路4用于对功能模块通用接口 3进行控制和管理，功能模块通用接口 3用于装配所需的功能模块，外部输出接口 2用于输出隔离调理后的信号。
[0015]功能模块通用接口 3包括功能模块输入接口 301和功能模块输出接口 302，功能模块输入接口 301与外部输入接口 I连接，功能模块输入接口 301与通道管理电路4连接，功能模块输出接口 302与外部输出接口 2连接；功能模块输入接口 301和功能模块输出接口302之间用于安装所需的功能模块。
[0016]通道管理电路4包括相互连接的主控制器401和总线驱动器402，总线驱动器402与外部输入接口 I连接，主控制器401分别与若干功能模块通用接口 3的功能模块输入接口 301连接；总线驱动器402用于实现主控制器401与外部输入接口 I之间的通信。
[0017]如图2所示，在本实施例中，主控制器401的型号为PIC18F45K22。主控制器401内部集成的增强型通用同步/异步收发器模块支持RS485协议标准，通过总线驱动器402向外部发送通道信息(即已经安装的功能模块中信号调理通道信息，包括信号调理通道的类型、系数、物理ID和修正参数等信息)以及接收外部的通道调整指令；主控制器401的第1、32和44号三个引脚与总线驱动器402连接，实现与总线驱动器402上述通信。主控制器401内部集成的主同步串行口模块可以工作在SPI总线模式，用于在功能模块中扩展外设芯片，从而达到在线控制隔离调理电路的功能；主控制器401的第37、42和43号三个引脚与功能模块输入接口 301连接，即是为了实现上述功能。主控制器401中的12个IO引脚(引脚疒5、引脚8~11以及引脚19~22)被设计为三组片选总线，每组片选总线对应连接一路功能模块通用接口 3，用于配合SPI总线选择需要控制的功能模块。主控制器401内部集成32KB的Flash和256B的EEPR0M，用于保存功能模块的通道信息
如图3所示，在本实施例中，总线驱动器402的型号为MAX485ESA，总线驱动器402将主控制器401发送或接收的串行数据转换为RS485标准电平，实现主控制器与外部输入接口 I之间的通信。总线驱动器402的第1、3和4号三个引脚与主控制器401连接，总线驱动器402的第2、6和7号三个引脚与外部输入接口 I连接。
[0018]如图4所示，在本实施例中，功能模块输入接口 301和功能模块输出接口 302均为TFM-120-01-L-S-LC接插件。其中芯片X4为功能模块输入接口 301，芯片X5为功能模块输出接口 302。功能模块输入接口 301的第I~4、7~10号八个引脚与外部输入接口 I连接，用于接收待隔离调理信号，其中，第1~4号四个引脚接收一组待隔离调理信号，第疒10号四个引脚接收另一组待隔离调理信号；功能模块输入接口 301的第14-16号三个引脚为一组SPI总线接口，通过SPI总线与主控制器401连接，功能模块输入接口 301的第17~20号四个引脚为一组片选总线接口，通过一组片选总线与主控制器401连接。功能模块输出接口302的第1~4、7~10号八个引脚与外部输出接口 2连接，用于输出隔离调理后的信号，其中第1~4号四个引脚输出一组隔离调理后的信号，第疒10号四个引脚输出另一组隔离调理后的信号。功能模块输入接口 301和功能模块输出接口 302之间可根据需要装载多种功能模块。
[0019]如图5所示，在本实施例中，外部输入接口 I为符合IEC 61076-4-101标准的A型110芯的连接器。外部输入接口 I包括六组信号输入接口，该信号输入接口用于接收六组待隔离调理信号。每组包括四个信号输入接口(引脚“bl、Cl、dl、el”，“b2、c2、d2、e2”，“b4、c4、d4、e4”，“b5、c5、d5、e5”，“b7、c7、d7、e7” 以及 “b8、c8、d8、e8”)，每两组信号输入接 口与一个功能模块通用接口 3对应连接。外部输入接口 I的引脚el7、el8和el9与总线驱动器402连接。
[0020]如图6所示，在本实施例中，外部输出接口 2为标准D型37芯连接器。外部输出接口 2包括六组信号输出接口，该信号输出接口用于输出六组隔离调理后的信号。每组包括四个信号输出接口(引脚I?4、7?10、13?16、20?23、26?29以及32?35)，每两组信号输出接口与一个功能模块通用接口 3对应连接。
[0021]一种可配置多种功能模块的信号隔离调理方法，包括如下步骤:
步骤SI，在功能模块通用接口 3上设置所需的功能模块；利用主控制器401向所有功能模块输入接口 301获取并存储通道信息，并将通道信息通过总线驱动器402发送到外部输入接口 1，利用外部输入接口 I将通道信息向外部发送。
[0022]本步骤可看作是信号隔离调理之前的初始化步骤。首先根据需要在功能模块通用接口 3上安装功能模块，每个功能模块通用接口 3可安装一个功能模块。功能模块安装完毕后，主控制器401通过片选总线向所有功能模块输入接口 301获取并存储通道信息，该通道信息为已经安装的功能模块中信号调理通道信息，包括信号调理通道的类型、系数、物理ID和修正参数等信息。
[0023]步骤S2，利用外部输入接口 I接收通道调整指令，并将通道调整指令经由总线驱动器402转发给主控制器401 ;主控制器401对通道调整指令进行解析后，发送一控制指令给相应的功能模块输入接口 301。
[0024]本步骤中主控制器401对功能模块输入接口 301的控制是通过SPI总线实现的。
[0025]步骤S3，利用外部输入接口 I接收待隔离调理信号，并将待隔离调理信号转发给相应的功能模块输入接口 301。
[0026]步骤S4，功能模块通用接口 3上装载的功能模块根据控制指令调整调理系数，并对待隔离调理信号进行隔离调理，功能模块输出接口 302将隔离调理后的信号发送到外部输出接口 2，通过外部输出接口 2输出隔离调理后的信号。
[0027]以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，包括若干功能模块通用接口、通道管理电路、外部输入接口以及外部输出接口 ；所述外部输入接口与所述通道管理电路连接，所述外部输入接口分别与所述若干功能模块通用接口连接，所述通道管理电路分别与所述若干功能模块通用接口连接，所述若干功能模块通用接口分别与所述外部输出接口连接；其中，所述外部输入接口用于输入待隔离调理信号和参数调整指令，所述通道管理电路用于对所述功能模块通用接口进行控制和管理，所述功能模块通用接口用于装配所需的功能模块，所述外部输出接口用于输出隔离调理后的信号； 所述功能模块通用接口包括功能模块输入接口和功能模块输出接口，所述功能模块输入接口分别与所述外部输入接口和所述通道管理电路连接，所述功能模块输出接口与所述外部输出接口连接；所述功能模块输入接口和所述功能模块输出接口之间用于安装所需的功能模块； 所述通道管理电路包括相互连接的主控制器和总线驱动器，所述总线驱动器与所述外部输入接口连接，所述主控制器分别与所述若干功能模块通用接口的功能模块输入接口连接；所述总线驱动器用于实现所述主控制器与所述外部输入接口之间的通信。
2.根据权利要求1所述的一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，所述主控制器的型号为PIC18F45K22。
3.根据权利要求2所述的一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，所述总线驱动器的型号为MAX485ESA。
4.根据权利要求1所述的一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，所述功能模块输入接口和所述功能模块输出接口均为TFM-120-01-L-S-LC接插件。
5.根据权利要求1所述的一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，所述外部输入接口为符合IEC 61076-4-101标准的A型110芯的连接器。
6.根据权利要求1所述的一种可配置多种功能模块的信号隔离调理装置，其特征在于，所述外部输出接口为标准D型37芯连接器。
7.—种可配置多种功能模块的信号隔离调理方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤SI，在所述功能模块通用接口上设置所需的功能模块；利用所述主控制器向所有功能模块输入接口获取并存储通道信息，并将所述通道信息通过所述总线驱动器发送到外部输入接口，利用所述外部输入接口将所述通道信息向外部发送； 步骤S2，利用所述外部输入接口接收通道调整指令，并将所述通道调整指令经由所述总线驱动器转发给所述主控制器；所述主控制器对所述通道调整指令进行解析后，发送一控制指令给相应的功能模块输入接口； 步骤S3，利用所述外部输入接口接收待隔离调理信号，并将所述待隔离调理信号转发给相应的功能模块输入接口； 步骤S4，所述功能模块通用接口上装载的功能模块根据所述控制指令调整调理系数，并对所述待隔离调理信号进行隔离调理，所述功能模块输出接口将隔离调理后的信号发送到所述外部输出接口，通过所述外部输出接口输出隔离调理后的信号。
【文档编号】G06F13/40GK103559163SQ201310552063
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】金凌锋, 许智勇, 高兵, 张君实, 陈玉峰 申请人:上海航天测控通信研究所