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接口测试范文第1篇
关键字：高速串行接口测试，T2000，6GSPM，HDMI
1 高速串行接口简介
随着各类电子设备对数据传输速率提出了越来越高的要求，高速串行接口正被越来越多地应用到了各类电子设备中。高速串行接口通过串行的方式逐位发送和接受数据，可以在保证高数据传输速率的同时避免并行接口中常见的通道间互相串扰等问题。USB、SATA、PCI Express、HyperTransport、HDMI、Display Port等当今流行的接口均属于高速串行接口。图1所示的PC机内部结构图很好地从一个侧面反映了高速串行接口的普及程度。可以说，高速串行接口已经完全融入到了人们的日常生活中。
2 高速串行接口的测试需求
在高速串行接口的测试中存在着一系列的挑战：
1)产生和比较高速数字信号
高速串行接口的传输速率通常在Gbps级别。例如HDMI每通道的传输速率为3.4Gbps；USB 3.0的传输速率为5.0Gbps；SATA 3.0的传输速率为6Gbps。要测定此类高速串行接口，测试设备就必须能够产生和采集相应速率的数字输入信号。
此外，由于传输通路中的空间电容、电感的影响，高速数字信号在传输过程中无可避免地会发生畸变(主要表现在0／1之间的跳变趋于平缓)。此时就需要信号发生端具备Pre-Emphasis功能，通过在发生信号时强化跳变沿来抵消空间电容、电感对传输信号施加的影响。
2)支持各种时钟类型
高速串行接口的时钟通常可以分为三类：时钟频率与数据速率保持1：1(sDR)或1：2(DDR)的Source Synchronous时钟、时钟频率远低于数据速率的Forwarded Clock(如HDMI接口中的TMDS时钟频率仅为TMDS数据速率的1／10)，以及将时钟信息通过编码算法嵌入到数据流中的EmbeddedClock。
高速串行接口的测试设备应当能够灵活对应各利，类型的时钟信号。
3)Jilter注入测试能力
高速串行接口必须对输入信号中的Jitter有一定的容忍度。为了测定该指标，就需要测试设备能够向发送给高速串行接口的数字信号中注入各种频率及强度的Jitter。
4)误码率测试能力
误码率测试是高速串行接口测试中的一项重要指标。它体现了高速串行接口的输出信号质量与准确度。
5)眼图绘制能力
眼图是用来评价高速串行接口输出信号质量的重要工具。通过分析眼图，可以方便地评价信号的宽度、幅度、Jitter等一系列参数。
6)Loopback测试回路
为便于测试，不少高速串行接口提供了Loopback测试功能。测试设备需具备Loopback测试回路，才能实现高速串行接口的Loopback测试。3基于T2000的高速串口测试方案
T2000是爱德万测试(ADVANTEST)基于开放式模块化的一种全新概念的测试平台。它采用了完全开放的构架从真正意义上实现了扩展性、灵活性以及经济性。
T2000测试系统由各种不同功能的软硬件模块(Module)组成，也就是所谓的模块化架构。这种构架的优点在于：
系统灵活，拥有持续升级的可能性。
方便硬件更换和升级，使测试系统升级配置时的投资达到最小化。
减少人力成本，升级后沿用同一平台／环境，测试人员可以很快熟悉新(配置)系统。
这种针对多样化的产品群体、具有可以灵活应用的模块化结构的测试系统可以利用相同的技术环境，实现产品开发方面的高性能化及批量生产方面的低成本化。通过不同级别模块的开发，扩大技术解决能力，同时有效地缩短开发时间。
针对高速串行接口的特点，ADVANTEST的T2000提供了6GSPM测试模块，可充分满足高速串行接口的测试需求：
1)充足的高速测试通道资源
T2000 6GSPM可以支持最高6.375Gbps的测试速率，充分满足HDMI(3.4Gbps)、USB 3.0(5 0Gbps)、SATA 3.0(6Gbps)等各种高速串行接口的测试需求。
每块6GSPM包含16组测试通道，每组测试通道又包含一对差分高速信号发生回路和一对差分高速信号采集回路。
其中的高速差分信号发生回路支持Pre-Emphasis功能，可通过强化跳变沿来抵消空间电容与电感对信号质量的影响。图4为T20006GSPM使用Pre-Emphasis功能前后的波形质量对比。
2)支持各种主流时钟类型
T2000 6GSPM内置PLL倍频回路及CDR(Clock Data Recover)回路，可以支持Sourcesvnchronous Clock(包括SDR和DDR)、ForwardedClock、Embedded Clock等各种主流时钟类型。
3)具备时钟源同步功能
高速数字电路的内部时钟或多或少地会存在Jitter。这类Jitter会导致高速串行接口输出的时钟信号和数据信号发生同步的漂移。T2000 6GSPM支持时钟源同步功能，可以通过判别高速串行接口输出的时钟沿的位置来调整各数据通道的采样时刻，从而消除高速串行接口输出的时钟与数据之间的同源Jitter。
4)具备Jitter注入测试功能
T2000 6GSPM内置Jitter发生回路，可根据程序设置向高速串行接口的输入信号中注入30KHz～25MHz的Jitter(幅度为20ps～700ps可设定)，测定高速串行接口对Jitter的容忍度。
5)具备眼图绘制功能
T2000 6GSPM可通过连续扫描采样时刻和门限电压绘制出眼图，方便对高速串行接口的输出信号质量进行分析。
6)支持Loopback测试
T2000 6GSPM支持Loopbaek测试。它可将从高速串行接口TX端接收到的数据发往高速串行接口的RX端，并可在Loopback测试的同时分析高速串行接口的误码率及Jitter容忍度。
7)丰富的图形界面工具
T2000内置了丰富的图形界面工具，可方便用户对测试程序及待测器件进行调试。通过系统内置的图形界面工具，用户可以方便地调整测试参数、绘制Shmoo图、眼图、澡盆图，对高速串行接口的性能进行评价。
4 总结
当今，高速串行接口正得到越来越广泛的应用。高速芯片不同于普通低速SoC的特点带来了芯片测试的挑战。高速芯片需要更先进的测试方法来进行评价与量产测试，包括：
1)高速差分信号发生与采集回路
2)Pre-Emphasis功能
3)CDR(Clock DataRecover)功能
4)时钟源同步功能
5)Jitter注入功能
6)与多种高速串行接口兼容
Advantest T2000拥有丰富强大的测试功能，其中的6GSPM测试模块为高速串行接口芯片提供了全面的测试解决方案。
参考文献
[1]《High Speed Serial Interfaces Testing Solution》――ADVANTEST
[2]《HDMI Specification Ver.l.4a》――省略
[3]《T2000 6Gbps Serial Port Module ProductDescription》――ADVANTEST
[4]省略
接口测试范文第2篇
关键词：1553B总线；测试设备；协议转换
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0168-03
Abstract：With the widespread application of 1553B bus in the aviation， low-cost and effective testing technology of the interface module is particularly important. In this paper， a kind of general 1553B testing equipment based serial bus architecture is designed. It realized the protocol conversion of serial bus interface to 1553B bus interface with the CPU outsiding and connecting with the testing equipment by the serial bus. It has low-cost and easy to used features. The long time application and testing results show that the design satisfy the testing requirement of 1553B bus interface module. It has a certain reference value for the design of other similar interface module testing.
Key words：1553B bus；testing equipment；protocol conversion
1 引言
1553B总线由于其成熟、可靠的特点已广泛的作为飞机的机载总线应用于各个分系统中，在许多分系统中，总线接口模块往往需要采用非标准局部总线设计来满足与所在系统的数据交互功能。由于非标准总线定义各不相同，这就对总线接口模块的测试和试验造成了很大的难度。传统的测试方法为每一种接口模块设计专用的测试设备，与其相配套的CPU模块来进行测试，这样不仅成本高、通用性差、测试效率低，而且在试验条件下对配套CPU模块损害大。对于总线接口模块的测试如何降低测试成本，并且提高测试效率已成急需解决的问题。
本文采用基于串行总线架构的测试设备设计，由于串行总线克服了并行总线在系统带宽、可靠性和可扩展性等方面的固有缺陷，有利于数据的长距离有效传输，这就大大提高了设备的通用性及可靠性。
2 测试产品描述
多路传输数据总线接口（MBI）模块是航空电子通信子系统最为重要的组成部分。各子系统通过MBI模块接入1553B总线通信系统中。由于各个子系统没有统一的标准，MBI模块连接器有多种标准及自定义局部总线型号，而这些总线协议并不兼容，通用的测试设备至关重要。航空产品在交付前要经过大量的试验，包括低温试验、高温试验、ESS试验及功能振动试验等等，如果CPU端随产品一块试验，这种高强度长时间的实验对CPU端造成很大的损害，所以分离式的测试设备设计必不可少。
3工装设计方案
MBI模块测试设备满足接口测试和通信测试的要求，包括测试工装（内含4块MBI模块）、CPU端、工控机三部分。测试工装完成MBI模块安装，提供主机信号、1553B信号及电源转换功能；CPU端用于模拟用户主处理器，通过运行驱动软件完成对多个MBI模块的控制；测试工装与CPU端通过串行总线连接；工控机内装1553B仿真卡，用于运行测试软件和与测试工装内各模块相连；CPU端通过网口、串口与工控机相连，完成主机软件的调试、加载。
3.1 硬件设计
方案中CPU端通过串行总线接口来访问MBI模块，串行总线信号先转换为并行总线信号，可供标准并行接口MBI模块工作使用，若为其他接口总线，可以进一步通过FPGA芯片转换。本次测试产品为自定义总线接口，本设计以自定义总线接口为例。功能架构如图1所示，测试工装硬件电路包括：电源电路、时钟电路、接口转换电路、驱动隔离电路、主机接口电路。接口转换电路中，标准并行总线接口转换为自定义总线接口，然后通过驱动隔离电路与MBI模块相连，从而实现CPU端对MBI模块的配置和数据收发功能。加载程序及调试通过自定义总线引出的调试串口和调试网口实现。测试设备供电28V，然后通过电源转换电路转为各芯片使用的低电压信号。
PCI作为一种通用的总线接口标准，它在目前的计算机系统中得到了非常广泛的应用，本身可以直接供PCI接口的模块使用。
PCI总线是地址/数据复用的总线，包括以下主要信号：AD（32位地址/数据总线）、C/BE（命令/字节使能信号）、FRAME（总线访问发起信号）、DEVSEL（设备选择信号）、IRDY（初始准备好信号）、TRDY（目标准备好信号）。PCI总线单周期访问时序关系如图2所示。
自定义总线已广泛应用于机载嵌入式计算机系统，最高总线速度可达33MHz，位宽32位。自定义总线是地址、数据分开的总线，包括以下主要信号：XA（地址总线）、XD（32位数据总线）、XBE（字节使能）、XM/IO（表示总线周期为存储器访问周期或IO访问周期）、XD/C（表示总线周期为数据周期或指令周期）、XW/R（表示总线周期为写周期或读周期）、XSEL（总线设备选择信号）XCYC（访问请求信号，表示总线周期的地址已有效）、XCMD（总线信号，表示总线周期的数据已有效）、XWAIT（等待信号，表示从设备未准备好）、XBS16（16位设备标识信号）。自定义总线访问周期时序关系见图3。
本设计在FPGA内部实现从PCI总线扩展自定义总线的控制，FPGA内部设置状态机，对总线状态进行监控、转换，实现了PCI总线至自定义总线的透明桥控制。虽然PCI与自定义总线协议不同，但是在访问数据的时候，地址线、数据线、片选信号、读写使能信号都是并行发送的，逻辑需要处理的就是依据总线访问信号来进行数据包解析和读写信号的提取，具体流程如下：
3.2 软件设计
在本文中与CPU端采用PowerPC处理器，移植嵌入式实时操作系统VxWorks5.5，在Tornado环境下开发串行总线驱动和测试程序。
（1）主机串行总线接口驱动
系统上电后，主机串行总线接口驱动软件对PowerPC的总线控制器和桥片进行配置，配置完成后，主机就可以访问从设备。配置流程如图5所示。
首先初始化PowerPC的基地址和空间大小。PowerPC在内部定义了多个局部存取窗口，按照优先级选取一个窗口作为串行总线的配置窗口，可配置窗口大小和窗口的基地址。然后通过ID号能扫描PowerPC的串行总线设备，并对设备进行链路训练。然后查询训练状态，如果状态为0x16，训练通过，若果链路正常，可以进行下一步设置；如果不是，则需要检查链路上的异常，出现异常的原因可能有物理链接、时钟、以及PCB走线等。训练通过后进行PowerPC的串行总线设备寄存器设置，需要把PowerPC的串行总线设备配置为主设备，设置为BUS0，点对点连接的设备为BUS1。配置完PowerPC的串行总线设备后再次扫描链路，查找链路上的桥片，桥片的总线号是BUS1，找到后再按照类型1配置桥片的头标区，配置原级总线号、次级总线号寄存器，并配置下游设备的PCI空间基址和大小。
（2）多模块访问设计
为了实现同一个宿主机CPU模块控制多个同一种MBI模块，需要区分MBI模块在主机存储空间的地址。MBI模块是通过双口存储器来实现和宿主机的数据交换、指令执行。MBI模块的双口存储器空间为0xX0000000～0xX0003FFFH，0xX*******H 的高位地址片选信号由CPU 模块通过SEL0给出并连接到MBI模块的大存储器片选引脚。MBI模块的宿主机接口部分电路用来译码的自定义总线地址信号A19～A16和MBI模块的大存储器片选来实现0xX0000000～0xX0003FFFH，可以将CPU 处理器的A22～A16 与MBI 模块的A19～A16地址信号移位连接，实现MBI模块占用宿主机CPU 不同的存储器空间设计，实现一个CPU 可以同时初始化启动4块MBI模块的设计思想。移位连接地址信号的连接逻辑框图如图6所示。
通过软件编程的方法保证主机板CPU测试程序可以同时初始化和启动4 块MBI模块。多MBI模块和主机的接口地址如下：
MBI1：0xX0000000～0xX0003FFF 命令字单元：0xX0001BC0，消息接收区：0xX0001C00，发送区：0xX0001D00
MBI2：0xX0080000～0xX0083FFF 命令字单元：0xX0081BC0，消息接收区：0xX0081C00，发送区：0xX0081D00
MBI3：0xX0100000～0xX0103FFF 命令字单元：0xX0101BC0，消息接收区：0xX0101C00，发送区：0xX0101D00
MBI4：0xX0200000～0xX0203FFF 命令字单元：0xX0201BC0，消息接收区：0xX0201C00，发送区：0xX0201D00
4 测试验证
依据产品功能，MBI模块要进行三方面测试：资源测试，对MBI模块每个节点进行资源有效性测试；通信测试，对MBI模块每个节点进行通信有效性测试；循环测试，对MBI模块每个节点进行循环测试。具体测试内容如图7所示。
（1）MBI模块资源测试
对MBI模块进行资源有效性测试，主要包括IO测试（RTC测试）、DPRAM的读写测试、BIT测试和RESET测试，测试函数逻辑如下：
a. 根据测试菜单提示，进入不同的资源测试；
b. RTC测试：根据地址读取高16位和低16位的RTC值，并将其拼为32位RTC值，调用MBI模块驱动软件接口Delay_nus延迟，再读取RTC值，与之前读取的值进行比较；
c. DPRAM测试：向指定地址写入指定值，将地址中存储数据取出，并与写入值进行比较；
d. BIT测试：调用MBI模块驱动软件接口MBI_BitDrv，检查返回值；
e. RESET测试：调用MBI模块驱动软件接口MBI_ResetDrv，检查返回值；
f. 根据返回结果打印。
（2）MBI模块通信测试
对MBI模块每个节点进行通信有效性测试，测试函数逻辑如下：
a. 调用MBI模块驱动软件接口MBI_OpenDevice打开设备；
b. 调用MBI模块驱动软件接口MBI_dataInit初始化MBI模块输入、输出串口，通信地址；
c. 根据MBI模块驱动软件接口MBI_RefreshDrv发送消息，调用MBI模块驱动软件接口MBI_ReadDrv从Buffer中读取数据；
d. 根据测试结果打印。
（3）MBI模块循环测试
对MBI模块每个节点进行循环测试，依次进行上述所有测试，测试函数逻辑如下：
a. 进入循环，根据循环次数依次进行IO测试（RTC测试）、DPRAM测试、BIT测试、通信测试；
b. 循环结束，根据设置的参量统计各个测试的失败次数；
c. 根据测试结果打印。
5 总结
本文主要介绍了一种基于串行总线接口的1553B总线接口模块测试设备的设计与实现，通过将CPU外置并通过串行总线与测试工装连接，在测试工装内实现串行总线接口到并行总线接口的协议转换以及并行总线接口到自定义总线接口的协议转换，解决了传统的1553B总线接口模块一对一测试的问题，大大提高了测试设备的通用性和可靠性，有效降低了成本，为1553B总线接口模块的批量测试验证提供了方法和技术。
参考文献：
[1] 于海勋， 苗紫晖. 基于1553B的一种测试系统设计[J]. 西安工业大学学报，2009，29（2）：172?176.
[2] 国防科工委. GJB29A?97 数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线[S]. 北京：国防科工委，1997.
[3] 王海锋，梁晶晶，田苗. 某型测试系统中1553B 总线通信设计与应用[J]. 现代电子技术，2013，36（7）：44?46.
接口测试范文第3篇
关键词：电快速瞬变脉冲群抗扰度试验；隔离；接口适配器；自动测试系统；电磁兼容
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.106
0 引言
EMC试验的目的是为了证明设备抵御外界电磁干扰的能力，因此需要进行辐射抗扰度及传导抗扰度等测试。针对核电、军工等行业设备在恶劣应用环境的EMC的高要求，设备在EMC试验中性能要求非常严格，通过标准也远高于商业品等级。
本文介绍基于自动测试系统的隔离接口适配器设计，实现测试系统与EMC试验设备信号耦合器隔离，从而在试验中屏蔽测试系统带来的影响并且保护测试系统。
1 EFT试验介绍
EFT是电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的简称。目的是验证由闪电、接地故障、电源开关动作、或电路中继电器等电感性负载动作而引起的瞬时扰动对整个控制回路中产生干扰时，系统中控制及监测等部分（和PLC等器件）的抗干扰能力。这类干扰的特点是：脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。由于脉冲群的单个脉冲波形前沿tr达到5ns，脉宽达到50ns，这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分。幅度较大的谐波频率至少可以达到1/πtr，亦即可以达到64MHz左右，相应的信号波长为5m。信号在线上的传输过程中，部分可以通过传输线进入受试设备（传导发射）；部分要从线上逸出，成为辐射信号进入受试设备（辐射发射）。因此，受试设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。在IEC61000-4-4标准内定义了试验要求和试验方法。
具体要求见表1测试等级表。
性能等级B：在试验之后，设备应能按预定要求工作。在设备按预定要求使用时，不应出现制造商所规定的性能等级以下的性能劣化或功能丧失。
性能等级C：允许暂时的功能丧失，但要求功能能够自己恢复或可以通过控制来进行恢复。
2 设计需求
以某平台保护系统样机的自动测试系统为例，本文仅列出EMC方面的系统测试需求。
1）试验通过IEC61000-4-4 Level 4等级，性能等级A类要求；
2）模拟量需求 试验过程中模拟量精度变化不超过量程的3%；
3）开关量需求 试验过程中开关量状态无变化；
4）串口通信需求 试验过程中通信正常、无误码现象。
3 测试系统框架概述
根据测试需求，自动测试系统到试验对象之间的转接采用VPC 9025 Receive模块；VPC Receive模块通过ITA后与被测设备（EUT）进行连接。被测设备（EUT）对外传输的信号通过ITA后与ATS以及Data Logger进行监测。
4 接口适配器（ITA）设计
（1）设计原则。由于快速瞬变脉冲的特点，其干扰传播方式虽以传导为主，但由于其频谱带宽所致利用分布电容也是其重要传播方式之一，还有一部分是通过空间辐射进行干扰，可见要求研发人员对测试系统进行全面考虑，整体防护。
（2）整体设计。ITA接口适配器应采用金属机柜，保证机柜整体电气连结良好并可靠接地，接口适配器机柜面板上的开孔不能够太大、散热孔应开成圆形小孔（圆孔比长孔屏蔽效果好），使机箱起到应有的屏蔽效果。将所有转换模块以及相关配件集成到机柜内，ATS自动测试系统VPC接口通过双绞屏蔽电缆连接到ITA机柜的连接器，ITA与EUT之间采用预制电缆与ITA机柜的连接器进行相连。接口适配器内所有信号均集成在机柜内，仅保留连接航插在ITA机柜表面分别与ATS以及EUT相连接。
（3）信号隔离设计。ITA内部信号直接应做到物理隔离和空间隔离，IO通道隔离选择Mini MCR-SL-UI-UI模块，RS422/485通信通道隔离选择485OPDR-HS模块。RS422/485单元通过由NI-PXI机箱的8431串行通信卡的连接器直接接入到ITA机箱面板连接器，后经过485OPDR-HS隔离模块隔离后，与被测系统预置电缆相连接。I/O信号单元独立走线通过Phoenix Mini MCR-SL-UI-UI隔离模块转接到自动测试系统。
（4）线缆要求。线缆采用双绞带屏蔽线缆，各通道屏蔽相互隔离，内层屏蔽采用编织屏蔽、外层屏蔽采用铜箔屏蔽，分别对应高频和低频的传导干扰的防护。各输入输出回路之间空间隔离，走线布置时输入输出电缆应采取不同的回路布置。线缆编织密度、双绞密度、以及芯线绝缘强度可根据试验效果进行增加或降低要求。
（5）供电要求。隔离模块应由隔离电源进行供电，确保隔离模块输入输出隔离。接口适配器外部电源采用220V隔离变压器后进行供电，实现与EUT供电网络和干扰源隔离。
（6）其他。接口适配器选用合理的接地方式，避免重复接地形成的接地回路，避免同一电缆内的反向接地走向，在试验时产生的次生干扰。接口适配器表面做好屏蔽防护，干扰信号能够通过接口适配器机柜金属表面快速释放掉。
5 EFT试验情况
试验按照IEC61000-4-4等级Level 4，在测试信号电缆上加±2000V电压，测试时间各1分钟，进行验证。
（1）未采用隔离接口适配器的自动测试系统EFT试验情况。图3为自动测试系统未使用隔离接口适配器在EFT试验下的表现，图片内的信号通过具有2000V通道隔离的性能的高速数据记录仪进行记录。
其中Water Level 4为NI国家仪器的PXI平台电路板卡模拟的4-20mA电流信号、Water level 6为0-10V电压信号由TDK-Lamda GEN系列直流隔离电源模拟、Temp 6a、6b、6c、6d由隔离热电偶模拟器发生的温度信号、可以明显看到在试验过程中源端受到了严重干扰，根据使用的信号源可以看出隔离仪器表现优于NI国家仪器的PXI平台电路板卡，但是隔离设备模拟的温度信号品质仍然满足不了设计要求和通过标准。
（2）采用隔离接口适配器的自动测试系统EFT试验情况。图4为采用隔离接口适配器的自动测试系统在EFT试验中的表现，信号采用同样的设备和方法进行采集。
其中4-20mA信号干扰抑制的效果最明显，Temp 6a、6b、6c、6d信号的锯齿纹路基本消失，Water level 6曲线完全平滑，满足设计要求。
6 结束语
电磁干扰的种类较多，传播方式、干扰途径不尽相同，对自动测试系统的可靠运行危害极大，若在试验过程中不能有效地对测试系统进行防护，非常容易引起测试系统故障甚至损坏，从而导致试验失效，应当引起我们足够的重视。
本文设计的隔离接口适配器针对IEC61000 4-4的EFT（电快速瞬变脉冲群抗扰度）IEC 4-4标准的LEVEL 4的要求，信号精度变化满足设计要求，在试验的有效性上提供保障，同时在接口适配器设计中采用的手段和方法也可以借鉴到产品开发上，提高产品的电磁兼容性能。
参考文献：
[1]张波，陈岩申，张桂芝.外军电子自动测试系统及其相关技术的应用与发展情况研究[J].计算机测量与控制，2002，10（01）：1-4.
接口测试范文第4篇
关键词:PROFIBUS-DP;SPC3;从站;测试;报文
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2518-02
Design and Test of Embeded PROFIBUS-DP Slave Station Interface Based on SPC3
FENG Shuo
(Electronic Science and Engineer Department of Southeast University, Nanjing 210096, China)
Abstract: The design methods of hardware and software of PROFIBUS-DP slave station with MCU+SPC3 are introduced. With two methods of making master station about configuration software +CP5611 and serial simulations, the ways of testing communicate function about slave station are described, and the analysis of messages are provided in detail.
Key words: PROFIBUS-DP; SPC3; slave station; test; message analysis
PROFIBUS是一种国际性、开放式的现场总线标准,己广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化,是成熟的技术。根据应用的特点分为PROFIBUS―DP,PROFIBUS―FMS,PROFIBUS―PA三个兼容的版本,其中PROFIBUS-DP系列在国内应用最为普遍。PROFIBUS-DP专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信而设计,用于分布式控制系统的高速数据传输。数据通讯采用标准RS-485接口,响应时间短、抗干扰能力强。高速、廉价,有比较广泛的应用。
1 Profibus-dp从站接口的设计
1.1 硬件方案
开发DP从站最常用的是西门子公司生产的SPC3,SPC3集成了完整的DP协议,可独立完成全部DP通信功能,但SPC3不能单独使用,需要微控制器对之控制。本文采用AT89C52对SPC3进行控制,从站产品CPU通过串口向DP从站接口输入输出数据,从站接口板自动转换成DP协议与DP主站通信。嵌入式PROFIBUS-DP从站通信接口板由CPU芯片AT89C52、SPC3、外接RAM、看门狗MAX705及RS485等电路组成,硬件连接框图如图1所示。
接口板与用户板采用串口连接,双向数据收发,经过接口板的处理通过PROFIBUS总线和主站进行通信。
SPC3有8根数据线和11根地址线,内部集成1.5KB RAM。对AT89S52(采用Intel工作方式)而言,SPC3相当于它扩展的一个外部RAM,统一分配地址空间,并通过双端口完成对SPC3的初始化和数据交换。AT89C52的8位地址线直接与SPC3连接,这样SPC3的DB7~DB0为数据地址复用总线,可以产生低8位的数据和地址,AT89C52的高8位地址线与SPC3的AB0一AB7数据线相连,AB0~AB3产生高4位地址,AB4~AB7产生SPC3的片选信号,只有AB4~AB7同时为0时才选中SPC3。本文将AB4取反,则SPC3的片选信号是1000H,SPC3的内部RAM 位于1000H~15FFH 单元。
1.2 软件实现
PROFIBUS-DP从站接口的软件通过KEIL51进行开发,包括主程序和中断程序的设计。 AT89C52并不参与从站状态机的运行,它主要负责接收从站发送的数据通过SPC3传给主站及接收主站传给SPC3的数据发送给从站。主程序流程如图2,首先是初始化:包括写入从站识别号和地址、设置SPC3方式寄存器、各个缓冲区的地址及长度等。之后,主站检查参数是否与主站配置参数表是否一致,只有双方完全一致时,从站才能配置输人输出字节数、诊断字节数和各类数据指针。再次比较,主从站配置参数完全一致时,可以进行数据交换。用户设备通过I/O程序实现报文数据处理。SPC3产生的中断信号引发AT89C52中断处理程序,中断处理程序主要用来处理PRM报文、CFG报文、SSA报文。
2 Profibus-dp从站的测试
要对一个已实现的DP从站进行评估,主要检查从站在运行与配置过程中报文传输的次序和内容及从站的实际状态响应,一般是通过检查总线上传输的报文数据并分析来完成从站功能的测试,本文从两个角度来分析对从站的报文测试。
采用WinCC + CP5611建立Profibus主站,需要在PC上安装Siemens的Simatic Net 软件,用Simatic Net的PC Station建立主站。将CP5611卡安装在计算机的PCI插槽中,并用Step 7组态软件设置系统参数, 将DP从站的GSD文件导入,并通过OPC方式与WinCC进行通讯。通过WinCC来对DP从站的数据进行读写控制了。
主站搭建成功后,即可直接与从站进行通信,从而检测从站的各种功能是否完备。这种方法通过软件分析报文,显示内容一般已解码,直接给出测试结果,方便快捷,但费用较高,比较适合以产品认证为目的的开发者。
另一方法为采用串口调试工具模拟主站通过RS232-RS485转接头把PC与自己的profibus开发板连接起来,通过串口调试助手给开发板发送数据,就可以形成简易的主从通信系统。此方法成本低廉,现场调试直观快速,携带方便,只要拿个串口转485就行了,是学习和研究的一个比较好的选择,但如果是做实际产品还需自己开发协议栈,耗时耗力,可靠性和实时性(波特率较低)也难以保证。
3报文分析
在PROFIBUS-DP网络中从网络连接到数据通讯,必须按照严格的通讯次序才可完成。连好网络后,为与从站进行数据交换,起动时,主站应遵守以下的报文顺序:
・查询从站是否存在
・请求诊断;
・参数化从站;
・组态从站;
・在数据交换前请求诊断以保证系统在起动状态;
・数据交换;
・全局控制。
以PROFIBUS有数据信息的变化长度帧(格式如图3)为例来介绍报文通信。报文的传输数据采用十六进制。
SYN:同步时间,至少为33个空闲位; SD2为开始界定符,表示可变数据长度的报文,用于SRD服务,SD2=68H;LE为可变报文中数据长度,包括DA(目的地址)、SA(源地址)、FC(帧功能代码)、DSAP(目的服务存取点)、SSAP(源服务存取点)、DU(数据信息单元)六部分;LEr为长度重复;FCS是帧校验序列,为DA,SA,FC,DSAP,SSAP和DU的算数和,不考虑进位;ED=16H,为终止字节。
・查询从站状态
主站:10 02 01 49 4D 16 (主站1查询从站2是否在线)
从站:10 01 02 00 04 16(从站2对主站1的应答帧,告诉主站1“我活着呢”。)
・请求诊断
主站:68 05 05 68 82 81 6D 3C 3E EB 16(主站1读取查询从站2的诊断报文,以获取从站3的进一步信息。)
从站:68 0B 0B 68 81 82 08 3E 3C 02 05 00 FF 00 08 94 16(从站2对主站1的应答帧,表明从站2尚未被任何主站所参数化。)
・参数化从站
主站:68 11 11 68 82 81 5D 3D 3E 88 02 FD 0B 00 08 00 00 00 00 00 00 76 16(主站1发给从站2的参数化报文帧,包含12个字节的参数化数据88 02 FD 0B 00 08 00 00 00 00 00 00)。
从站:E5 (从站2告诉主站1参数化成功)
・组态从站
主站:68 07 07 68 82 81 7D 3E 3E 11 21 2F 16(主站1发给从站2的组态报文帧,表明从站2应有两个字节输入/输出)
从站:E5(从站2告诉主站1组态成功)
・再次诊断
主站:68 05 05 68 82 81 5D 3C 3E DB 16(主站1读取查询从站2的诊断报文)
从站:68 0B 0B 68 81 82 08 3E 3C 00 0C 00 01 00 08 9B 16(从站2对主站1的应答帧,其中包含6个字节的诊断数据:00 0C 00 01 00 08,其中第四字节为01表明从站2已经被主站1成功地参数化,从站2进入数据交换状态。)
・数据交换
主站:68 05 05 68 02 01 7D 00 00 81 16(主站1请求从站2的输入数据。此后主站1周期性地发送此报文)
从站:68 05 05 68 01 02 08 00 00 8C 16(从站2对主站1的应答帧,包含两个字节的输入数据:00 80)
4 结束语
本文设计基于SPC3的PROFIBUS-DP从站接口,并通过两种不同方式建立了PROFIBUS-DP主站调试系统,对从站的设计实现、系统调试过程和GSD文档以及报文进行了分析。为PROFIBUS-DP的研究和实现者了解、掌握主站和从站工作原理、搭建调试提供了依据和重要借鉴。
参考文献:
[1] 李正军.现场总线及其应用技术[M].北京:机械工业出版杜,2005.
[2] SIEMENS公司.SPC3 and DPS2 User Description[Z].2000
接口测试范文第5篇
[关键词]双断口断路器；分合闸时间；测试
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0082-01
引言：双断口断路器一般应用在500kV及以上的电压等级，因此现场测试时断路器及其连接的导线上会存在很强的感应电压，对设备以及人身都是不能忽略的威胁。因此，被测试断路器两端的接地刀闸就应该合上，但是同时也就使得双断口断路器的两个断口通过地刀及地网形成并联，在测试时也就只能测试出一个断口的分合闸时间。所以，在测试时，如何利用地刀来保护测试人员及设备的安全，同时又能准确的测试出我们需要的数据，就是我们测试方法的关键。
1 三相联动测试
在断路器机械特性测试过程中，三相联动能更好地反映断路器三相动作情况，如三相不同期等。三相不同期数据严重不合格时，就相当于非全相接入或断开，出现危害绝缘的过电压，并使得电力系统三相不平衡，产生零序电流，甚至对继电保护产生干扰及误动作。因此测试时有必要用三相联动的测试方法，但是三相联动的方法在帮助我们测试出相间不同期的同时，却也因地刀的限制阻碍了我们测试同相两断口间的不同期情况。同相两断口间的不同期即是同相不同期，这项数据不合格，即两个断口分合闸不同步，会引起单个触头承受高电压及灭弧任务，最后导致触头损坏甚至灭弧室爆炸。
1.1 三相联动且分开两侧地刀测试
如图1.1，COM为公共端，A1、B1、C1、A2、B2、C2六个端口分别对应六个断口的线接入。这种方法因为没有了地刀的限制，能测试出所有断口的分合闸时间、相间不同期以及同相不同期等数据，并且能真实准确反映三相的真实动作情况。也正因为这种测试方法没有了地刀的限制，断路器及其两侧导线上产生的感应电对测试人员及仪器造成了很大的威胁。出于安全的考虑，现场测试过程中基本都不会采取这种测试方法。但是，在没有感应电威胁的情况下，此种方法是最便捷最准确的方法。
1.2 三相联动只分开单侧地刀测试
如图1.2，这种方法由于一侧接地刀闸没有分开，所以此侧三相通过地网短接在一起。首先，我们把接地端当成公共端，然后在A0、B0、C0三端接三个断口的测试线，测量出右边三个断口的分合闸时间；然后将A0、B0、C0三端短接在一起作为公共端，在A1、B1、C1端测量左边三个断口的分合闸时间。此种方法也都能准确地测试出六个断口的时间以及相间断口间的动作情况，只是数据未必能真实反映同相两个断口之间动作情况及不同期。另外，我们也可以直接将接地侧当公共端，在A1、B1、C1端测量两个断口串联在一起的分合闸时间。只是这种方法反映的是合闸慢的和分闸快的那个断口的时间，而另外一个断口会不会因为机构等因素并没有真正分开或者合上，我们却不得而知。由于测量时断路器一侧接地，所以安全性方面比较可靠，虽然另外一侧不接地，但是在断路器合闸时，不接地侧的感应电会通过另外一端的接地线对地释放。但必须注意的是，我们所说的单侧接地指的是测试实验时的状态。即在我们对断路器接一次线时，断路器必须处在检修状态，即两侧必须接地，只有在测量实验时，才分开一侧地刀，以保证人身及设备安全。
1.3 三相联动双侧地刀不分开测试
如图1.3，断路器两侧均接地。测试时，我们将测量仪器公共端接在接地网上，三相测试线接在A0、B0、C0三端，就能测出三相中的三个断口的分合闸时间。这种方法仅能测试出每一相两个断口中合闸快的断口对应合闸时间，分闸慢的断口对应分闸时间。测试数据是有选择性的，且不是我们人为选择的。同样，对于没有数据的那一个断口会不会因为机构等因素并没有真正分开或者合上，我们也不得而知。但是这种方法却是所有测试方法中最安全最便捷的。
2 分相测试
单相测试时，由于接地线时造成的环地网短路的节点比较少，所以受地刀的限制比较小。但如此同时，单相测试时仅反映单相两个断口间的动作情况，而不能准确反映三相断路器联动时的动作逻辑等情况，这是这种方法的最大弊端。由于单相测试时双侧地刀分开及双侧地刀不分开的测试方法和三相联动时的测试方法一样，这里只介绍分相测试分开单侧地刀的测试方法。
如图2.1，虽然A2接地，但是并没有因为接地造成与其他节点短路的情况，所以测试时可与A2没有接地的情况用同样的方法测试。即A0接公共端COM，A1、A2分别接两个断口的测试线。如此，便能测试出每一相的两个断口间的分合闸时间及动作先后情况、不同期等的具体数据。对于B、C两相，用同样方法可测出。这种方法在实际情况中，我们比较经常使用。三相不同期这项数据，我们可以采用各相数据中最大的值减去最小的值便能估算出不同期。因为，从分合闸数据发出，到线圈动作，经过的控制电缆及继电器触点对时间的延迟很小，并且三相几乎相同。因此计算的三相不同期数据可作为判断断路器机械性能的一项参考数据。但是要得到真实准确的数据，还是应该通过其他测试方法测试出来。
结语：双断口断路器多用于高电压等级的变电站中，它所处的特殊环境，使得对它的测量造成一定的阻碍。在实际测试过程中，我们应该根据实际现场情况来选择一种或多种方法来测试断路器的分合闸时间。比如断路器单相本体、机构或者连杆检修过后，我们会关心同相两个断口间的同期等动作情况，同样也会需要知道三相断口之间的不同期等动作先后情况。所以就需要用多种方法组合起来，才能使我们对断路器的动作特性更加清晰。在测试完成后，我们应该为每一台断路器建立一个“数据库”，把最初的出厂试验数据、安装完毕后的验收试验数据、以及每次防拒动检查时测量的数据整合在一起，再通过往年数据对比进行设备状态分析。才能及早发现设备存在的隐患，让试数据发挥最大的作用。
