基于ISA總線多通道控制電路的設(shè)計(jì)

摘要：信號(hào)分配在測(cè)試系統(tǒng)中至關(guān)重要，文中依據(jù)某型導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備的要求設(shè)計(jì)了一基于ISA總線的多通道控制電路。該電路集成了16路光耦隔離輸入電路和8路繼電器輸出電路，可在ISA總線的控制下完成數(shù)據(jù)信號(hào)、指令信號(hào)和電源信號(hào)的輸入輸出。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該多通道控制電路的信號(hào)分配傳輸頻率可達(dá)6．5 MHz，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求；該電路按國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)定型，在測(cè)試領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：測(cè)試系統(tǒng)；ISA總線；信號(hào)分配；光電隔離；繼電器

九十年代以來(lái)，我國(guó)從俄羅斯相繼引進(jìn)了不同型號(hào)的導(dǎo)彈，同時(shí)，也引進(jìn)了配套的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)壽命的臨近，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上延長(zhǎng)其使用壽命是維修保障部門(mén)的重要任務(wù)。為此研制導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵部件的備件，成為延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命的一個(gè)重要手段。
文中依據(jù)某型導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備的要求，設(shè)計(jì)并研制了基于ISA總線的多通道控制電路：該電路集成了16路光電隔離輸入通道和8路單刀雙擲(SPDT)繼電器輸出通道，每一路輸入或輸出通道都配有指示燈實(shí)時(shí)標(biāo)識(shí)目前的狀態(tài)。在測(cè)試系統(tǒng)中，該控制電路可在ISA測(cè)試總線的控制下將數(shù)據(jù)信號(hào)、指令信號(hào)和電源信號(hào)分配至不同電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈的自動(dòng)測(cè)試。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，研制的多通道控制電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可完全替代俄制電路。

1 ISA總線簡(jiǎn)介
ISA(Industrial Standard Architecture)總線是IBM公司于1984年進(jìn)一步擴(kuò)充XT總線標(biāo)準(zhǔn)而形成的。ISA總線標(biāo)準(zhǔn)支持24位的地址線、16位的數(shù)據(jù)線；支持11級(jí)中斷IRQ3～I(xiàn)RQ7、IRQ9～I(xiàn)RQ12、IRQ14～I(xiàn)RQ15；支持7個(gè)DMA傳輸通道DRQ0～DRQ3、DRQ5～DRQ7；支持主從控制、I／O等待和I／O校驗(yàn)等功能。為了與XT總線保持向下兼容，ISA總線在信號(hào)功能的定義和物理接口上均作了特殊的安排，即保持原有的XT總線不變，重新增加一個(gè)36線的連接插槽，分成C、D兩面，擴(kuò)充的功能設(shè)計(jì)在C、D兩面的信號(hào)線上。其引腳定義如下：
1)數(shù)據(jù)總線SD7～SD0 SD7～SD0為8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在芯片和主接口間傳輸命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)。SD7為最高位。
寄存器選擇引腳為SA9～SA4、SW DIP-6(板基址011001)和AEN#。這些引腳決定轉(zhuǎn)換是否響應(yīng)I／O周期，當(dāng)AEN#為邏輯低電平且SA9～SA4與6位撥動(dòng)開(kāi)關(guān)值完全匹配時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生一片選信號(hào)使轉(zhuǎn)換響應(yīng)I／O周期。
2)地址信號(hào)SA3～SA0 I／O讀寫(xiě)操作時(shí)作為轉(zhuǎn)換電路上FPGA芯片內(nèi)的寄存器選擇信號(hào)。
3)讀寫(xiě)信號(hào)IOR#，IOW#寫(xiě)操作中，轉(zhuǎn)換在IOW#上升沿鎖存數(shù)據(jù)。讀操作中，當(dāng)IOR#有效時(shí)，轉(zhuǎn)換模塊直接驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)線。
4)中斷信號(hào)INTR 中斷狀態(tài)寄存器某使能中斷為真時(shí)，INTR有效。對(duì)INTR的有效聲明沒(méi)有最小脈寬要求。
5)IO通道準(zhǔn)備好信號(hào)IOCHRDY IO CHRDY變低表明當(dāng)前I／O周期需要被延長(zhǎng)。寫(xiě)周期中，當(dāng)數(shù)據(jù)從ISA總線上被鎖存時(shí)IO CHRDY變高。讀周期中，數(shù)據(jù)有效時(shí)IO CHRDY變高。進(jìn)行寄存器讀寫(xiě)時(shí)IO CHRDY被拉低。IO CHRDY引腳用集電極開(kāi)路邏輯門(mén)驅(qū)動(dòng)，因此，此信號(hào)會(huì)由一個(gè)內(nèi)部上拉電阻上拉至邏輯高電平。
6)復(fù)位信號(hào)RESET RESET信號(hào)有效時(shí)觸發(fā)轉(zhuǎn)換模塊使FPGA硬重啟。

2 工作原理
如圖1所示，基于ISA總線的多通道控制電路由地址編碼、繼電器通道、光耦隔離電路等部分組成。其工作原理如下：電路工作時(shí)，首先將ISA總線的高位地址與板載撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定的板基地址進(jìn)行比較，其低位地址通過(guò)地址編碼選通3個(gè)讀通道和1個(gè)寫(xiě)通道。讀通道為端口1緩存、端口2緩存、端口3回讀通道，寫(xiě)通道為端口3緩存通道。當(dāng)工控機(jī)需要讀取反饋信號(hào)時(shí)，反饋信號(hào)從接口CN2輸入16路光耦，通過(guò)電阻和跳線模塊設(shè)定其工作模式，數(shù)據(jù)寫(xiě)入端口1緩存和端口2緩存供工控機(jī)讀取；同時(shí)每路光耦對(duì)應(yīng)一個(gè)LED，實(shí)時(shí)顯示目前工作狀態(tài)。當(dāng)工控機(jī)需要將信號(hào)發(fā)出時(shí)，工控機(jī)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入端口3緩存，經(jīng)過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，控制8路繼電器，由DB1輸出；同時(shí)，每路繼電器對(duì)應(yīng)一個(gè)LED，實(shí)時(shí)顯示目前狀態(tài)。寫(xiě)入端口3的數(shù)據(jù)還可以通過(guò)回讀地址將其讀回，回讀地址與寫(xiě)地址相同。

3 電路設(shè)計(jì)
按照工作原理可將多通道控制電路分為地址編碼電路、繼電器控制輸出通道電路和光耦隔離輸入通道電路3部分。
3．1 地址編碼電路
測(cè)試系統(tǒng)中每塊電路板都有唯一的一個(gè)板選地址，因此若對(duì)某個(gè)模塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作，必須選定該板選地址；測(cè)試系統(tǒng)通常含有多塊電路插板，而ISA總線不能同時(shí)讀寫(xiě)多塊電路插板，因此，測(cè)試系統(tǒng)需要地址編碼電路，該地址編碼電路位于多通道控制電路上。如圖2所示，地址編碼電路由上拉電阻排、撥碼開(kāi)關(guān)和編碼芯片組成。ISA地址總線的高位地址SA2…SA9作為板選地址，與撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定的板基地址經(jīng)過(guò)編碼芯片U15進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果相同，選通地址編碼器U2、U3，將低位地址SA0、SA1進(jìn)行編碼，得到讀寫(xiě)控制信號(hào)IOR0．．IOR2、IOW0。由電路圖可知，對(duì)于繼電器通道的控制信號(hào)寫(xiě)與回讀使用的是同一個(gè)地址。板選地址編碼方式如表1所示。