在飞行器发射试验中，常用遥测系统获取其内部各系统的工作状态参数和环境数据，为评定飞行器的性能及故障分析提供依据。数字量变换器作为遥测系统弹上的重要设备，其主要功能是接收并控制弹上的各种飞行参数；变换器性能的优劣将直接影响遥测结果，对飞行器研制和试验过程中试验数据的测试产生很大影响，关系到飞行器试验的成败和以后飞行器性能的改进与提高。在飞行器的研制过程中，多次试验和考核非常重要，对数字量变换器做出准确、客观、可靠的评价是其生产过程中的关键环节，而这一环节只能由变换器测试系统来完成。可编程逻辑器件（FPGA）以其高速、可重构、设计灵活、开发费用低、I/O 引脚和内部资源丰富等优点，在近代测试系统中赢得了越来越广泛的应用。本文以 FPGA 为逻辑控制中心设计的测试系统主要对数字量变换器进行单元测试，在其实际研制和调试过程中发挥了关键作用。

一、系统结构和工作原理

系统设计时采用模块化设计的思想，按照技术指标设计各个功能模块，通过各模块之间的协调配合完成系统的测试任务。系统的整体结构框图如图 1 所示，整个系统由计算机、USB 芯片 FT245、两片 FPGA、输出电源电压控制模块、计算机字信号发送模块、勤务信号发送模块、计算机字数码与指令数码接收模块和指令信号发送模块组成。模块化设计能够使系统调试和硬件编程时简单、快速地定位并解决问题。

图 1　系统整体结构框图

硬件电路选用 XILINX 公司的 XC3S200-208 和 XC2S100-208 两片 FPGA 作为系统的逻辑控制中心：其中 XC3S200-208 作为主控芯片，主要实现对上位机命令的接收和判断，进而产生和发送计算机字信号，接收计算机字数码和指令数码并编帧、上传数据至上位机；XC2S100-208 作为从控制芯片，完成 128 路指令信号的发送。两片 FPGA 之间采用串行通信的方式发送控制命令来实现通信；另外通过上位机软件可以实现向系统发送复位或停止命令，这样能够减少硬件的功耗并提高测试系统的工作效率。

二、USB 接口模块实现

USB 具有成本低、通用性好、连接简单、支持热插拔等特点，而从系统实际的速率传输要求出发，设计采用通用 USB 接口芯片 FT245BM 实现与上位机的通信。FT245BM 主要的功能是在内部逻辑的作用下实现数据串／并双向转换，其最大传输速率可以达到约 1 MB/s；FT245BM 免去了复杂的固件编程及驱动程序的编写，能够简化 USB 的接口设计、为系统节省设计时间。

图 2　USB 接口电路

FT245BM 的 8 位数据线 D7～D0、读信号 RD#、写信号 WR#、发送使能 TXE#、接收数据完毕信号 RXF# 与 FPGA 连接，以完成两者的通信。计算机通过应用程序、动态链接库的有效配合将控制命令信号发送到 FT245BM，FPGA 利用与之相连的 I/O 口接收下发的控制命令或发送上传的测试数据。

三、输出电源电压控制模块实现

由于需要为被测数字量变换器提供 3 档工作电压（25 V、28 V、31 V），在电源模块输出端连接三种不同阻值的电阻就可以实现 3 种电压的切换，实现控制的电路如图 3 所示。

图 3　输出电源电压控制电路

图中 VCON+、VCON− 为电源模块的输入电压，R25、R26、R27 三组电位器用来调节电阻；25VCON、31VCON 分别与 FPGA 的 I/O 相连，是 FPGA 给出的控制信号，电路中三极管的作用是利用其电流放大来增加信号的驱动能力。通过 FPGA 对控制命令的判断实现 3 档电压的控制，此外系统的默认及复位输出电压为 28 V。