一种采用单片机、PSD、CPLD和电压调理电路等主要组件设计的一类针对安全关键系统的信息采集与控制装置。实际测试表明，这种设计方法不仅是高效可行的，也是保证测试装置小型化、集成化、智能化和提高测试系统可靠性的途径之一。
关键词：智能测试 安全关键系统 单片机 集成测试
安全关键系统（Safety Critical Systems,SCS）是指系统功能一旦失效将引起生命财产的重大损失、环境可能遭到严重破坏的系统，在航天、能源、国防等许多领域中广泛存在。许多安全关键系统具有多输入-多输出的强耦合性、参数时变性和非线性特性等。高速发展的电子技术使得SCS电子系统的集成度、复杂度越来越高，受控对象也日益复杂，这对系统的安全性、运行的正常性评估与决策提出了更高的要求，某些关键部件甚至需要使用期零故障。SCS的测试数据是对其进行全面、准确、智能评估、故障诊断和决策的基础。此外，许多安全关键系统还具有严格的体积重量限制，要求运行其上的嵌入式测试系统体积小、重量轻，功能完善，同时必须具有较高的可靠性和智能化，以保证测试的正确性，提高测试的可信度。因此小型与可靠是对SCS检测最基本的要求，而测试数据安全可靠地高速传输也是重点要求之一。
本文介绍的这种小型高集成智能测试装置，应用于一类安全关键系统电子学设备综合测试系统中。其作用是对安全关键系统的重要状态和参数进行实时控制和测量，完成大量的数据采集和处理以及控制信号的接收和发送等诸多功能。由于对系统的运算速度、接口资源、稳定性以及成本等有着非常高的要求，因此其测试数据、分析曲线、显示图表和指示结果是分析、判定安全关键系统性能和工作状态的重要依据，同时为相关的决策、指挥、控制提供依据和手段。
1 系统设计与工作原理
1．1 系统构成
小型高集成智能测试装置采用80C196单片机 PSD CPLD的结构，再加上模拟信号的匹配电路，可完成模拟量及数字量的采集，使系统的电路设计简单；PSD及CPLD均为在系统可编程器件，使大量的硬件设计转换为软件设计，I/O接口扩展方便 。上位机主要通过标准接口对测试系统的测试数据进行传输和参数装订及控制。SCS电子学综合测试主要包括SCS关键组件测试、地面外围测控及其数据传输及处理。其功能框图如图1所示。
1．2 小型智能测控装置的构成
小型智能测控装置主要包括数据采集模块、静态检测模块、远程参数装订模块及数据传输模块。由于SCS对电子控制部件有严格的体积和重量要求，测控装置应按照系统的要求设计，使得体积、重量尽量小且功能完善，以便确何系统的可行性。
在测试装置设计过程中进行了许多优化和改进。其基本体系采用微控制器加外围接口模块的结构。在设计数据采集系统的硬件时，采用高集成度的器件，包括80C196单片机、可编程外围器件PSD以及复杂可编程逻辑阵列CPLD等，提高了系统集成度，并且还提高了系统硬件的可靠性及灵活性。
外围接口模块采用复杂可编程门阵列CPLDMAX7256，硬件设计进一步软件化。一片CPLD器件替代了多片74系列器件，如138译码器、多路开关、244驱动器、与门、或门等，大大减小了板卡体积。由于CPLD为可编程，使设计更为灵活。MAX7256有5000个门，256个宏单元，16个逻辑阵列块，164个I/O口，支持多电压I/O接口，满足系统要求，并有一定冗余。在设计阶段对CPLD的设计通过EDA工具进行仿真，包括功能、时序、EMC/EMI的模拟仿真，在完成PCB板之前，就做好了充分的测试验证。
另外，选用了集成度更高的单片机外围接口器件PSD4235。PSD4235芯片是WSI公司新推出的PSD4000系列产品，可以为16位和32位的微控制器以及DSP提供在系统可编程的并发闪速存储器、SRAM、可编程逻辑和额外的I/O。其片内集成了4M位的闪存存储器，256Kbit的用于引导数据的次闪速存储器，256Kbit的SRAM，16个输出微单元、24个输入微单元的CPLD，译码PLD，52个可单独配置的I/O端口，JTAG串行接口等，并且有支持掉电模式的低功耗可编程电源管理单元。PSD芯片对地址分配和各接口的逻辑译码由专用的软件PSDSoft Express实现。PSD4000系列器件是在应用中可编程（In Application re-Programming，IAP）的，也就是说，它们可以在不影响系统运行的情况下，在现场远程地进行再编程。这种功能对于需要在现场进行代码/数据更新的系统特别有用，如全球定位系统（GPS）、汽车控制系统以及医疗仪器等。测控装置电路原理图如图2所示。
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