基于80C196的脈沖信號采集卡的設(shè)計(jì)

3．2 高速信號采集及存儲電路

　　高速信號采集及存儲電路用于采集卡在采集方式下時(shí)采集輸入脈沖的脈內(nèi)波形數(shù)據(jù)。采用8位高速A／D轉(zhuǎn)換器TLC5540，其最大轉(zhuǎn)換速度40 MS／s，模擬輸入帶寬大于75 MHz，具有內(nèi)部采樣和保持功能。

　　TLC5540進(jìn)行轉(zhuǎn)換所需時(shí)鐘信號頻率可由單片機(jī)設(shè)置。A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲在外接的62256存儲器中，其地址信號由4個(gè)74LSl61產(chǎn)生。其工作原理為：首先QCLR輸出一個(gè)負(fù)脈沖，將74LSl61計(jì)數(shù)器清零，然后再設(shè)置采樣時(shí)鐘信號(TCLK)，啟動(dòng)TLC5540進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)將RAD信號設(shè)為有效(低電平)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在脈沖信號(Vout為高電平)出現(xiàn)時(shí)按順序?qū)懭胪饨拥?2256存儲器中，脈沖信號(Vout為低電平)消失則自動(dòng)停止寫入。高速RAM的地址信號由74LSl61地址產(chǎn)生器提供。對每個(gè)脈沖信號期間采樣的次數(shù)可根據(jù)2個(gè)脈沖信號最后寫入地址的差值進(jìn)行來計(jì)算，即由單片機(jī)讀出的該脈沖信號下降沿時(shí)刻74LSl61的計(jì)數(shù)值(即最后寫入的RAM的地址)，再減去上一次讀出的值，即為該脈沖的采樣次數(shù)。連續(xù)采樣一群脈沖的波形數(shù)據(jù)后需暫停采集，將采集的每個(gè)脈沖的波形數(shù)據(jù)與該脈沖的其他參數(shù)(如脈沖寬度、脈沖到達(dá)時(shí)間等)按規(guī)定的格式組合后送到與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的FIF0高速存儲器中，供主機(jī)讀取和處理，數(shù)據(jù)送完后再啟動(dòng)采集下一群脈沖。一群脈沖的數(shù)量由用戶根據(jù)實(shí)際情況確定，以連續(xù)采集的波形數(shù)據(jù)存入高速RAM中不產(chǎn)生溢出為最大限。圖4為高速信號采集及存儲電路。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　信號采集卡由單片機(jī)80C196控制，其中單片機(jī)除負(fù)責(zé)隨機(jī)脈沖信號的采集外，還承擔(dān)著將相關(guān)的數(shù)據(jù)(如雷達(dá)中的載頻數(shù)據(jù)和方位數(shù)據(jù))與隨機(jī)脈沖數(shù)據(jù)組織成一個(gè)完整的信號數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的任務(wù)。圖5為采集卡主程序框圖，其工作流程為：首先80C196通過讀取主機(jī)(PC機(jī))送過來的命令字，設(shè)置采集卡工作模式，執(zhí)行相應(yīng)的工作子程序。圖6為其中的測量模式下子程序流程，其工作過程為：首先初始化設(shè)置測量模式，允許HIS中斷。在脈沖出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)測量中斷處理程序(HIS中斷)工作，啟動(dòng)80C196內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器，對輸入的隨機(jī)脈沖的幅度進(jìn)行測量，同時(shí)讀取脈沖到達(dá)的時(shí)間及脈沖寬度等數(shù)據(jù)并送到采樣緩沖區(qū)，退出HIS中斷。然后將采集到的隨機(jī)脈沖數(shù)據(jù)和同時(shí)采集到的其他相關(guān)數(shù)據(jù)(如雷達(dá)中的載頻數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)等)存入發(fā)送緩沖區(qū)，最后按照約定的數(shù)據(jù)格式組織成數(shù)據(jù)塊存入大深度“先進(jìn)先出(FIF0)”緩沖器，再通知主機(jī)讀取這些數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，大深度FIF0被組織成雙緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，以流水線方式輪流寫入和讀出信息，從而避免了信號錄取卡的CPU和主機(jī)CPU同時(shí)讀／寫FIF0時(shí)可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。在采集模式下則需啟動(dòng)高速A／D采集電路工作，并按照波型顯示的要求組織數(shù)據(jù)，然后再送到主機(jī)處理。

　　5 結(jié)論

　　該采集卡設(shè)計(jì)采用80C196單片機(jī)、8位高速A／D轉(zhuǎn)換的TLC5540及EPLD器件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、鎖存和其他邏輯電路，并巧妙利用80C196單片機(jī)的高速輸入通道(HSI)的中斷特性，不僅實(shí)現(xiàn)了對隨機(jī)脈沖信號的幅度測量或脈內(nèi)波形數(shù)據(jù)采集，同時(shí)還記錄脈沖到達(dá)時(shí)間及脈寬，解決了數(shù)據(jù)采集卡在采集隨機(jī)窄脈沖信號存在的采集數(shù)據(jù)量大且不能實(shí)時(shí)處理的問題。該采集卡已成功應(yīng)用于某型雷達(dá)偵察設(shè)備中的信號錄取，完全可實(shí)時(shí)采集、處理接收到的雷達(dá)脈沖信號并送往主機(jī)，通過主機(jī)進(jìn)一步對采集的信號進(jìn)行分選和處理，可完全實(shí)時(shí)顯示采集到的雷達(dá)脈沖波形。實(shí)際應(yīng)用表明設(shè)計(jì)的采集卡工作穩(wěn)定可靠，可采集的最窄脈沖不小于O．1μs，對周期不大于25 kHz的連續(xù)脈沖在測量方式下可實(shí)現(xiàn)不間斷采樣。