基于80C196的脈沖信號采集卡的設(shè)計

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進行轉(zhuǎn)換所需時鐘信號頻率可由單片機設(shè)置。A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)自動存儲在外接的62256存儲器中，其地址信號由4個74LSl61產(chǎn)生。其工作原理為：首先QCLR輸出一個負脈沖，將74LSl61計數(shù)器清零，然后再設(shè)置采樣時鐘信號(TCLK)，啟動TLC5540進行轉(zhuǎn)換，同時將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。對每個脈沖信號期間采樣的次數(shù)可根據(jù)2個脈沖信號最后寫入地址的差值進行來計算，即由單片機讀出的該脈沖信號下降沿時刻74LSl61的計數(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、脈沖到達時間等)按規(guī)定的格式組合后送到與主機交換數(shù)據(jù)的FIF0高速存儲器中，供主機讀取和處理，數(shù)據(jù)送完后再啟動采集下一群脈沖。一群脈沖的數(shù)量由用戶根據(jù)實際情況確定，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

　　信號采集卡由單片機80C196控制，其中單片機除負責(zé)隨機脈沖信號的采集外，還承擔(dān)著將相關(guān)的數(shù)據(jù)(如雷達中的載頻數(shù)據(jù)和方位數(shù)據(jù))與隨機脈沖數(shù)據(jù)組織成一個完整的信號數(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(PC機)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，啟動測量中斷處理程序(HIS中斷)工作，啟動80C196內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器，對輸入的隨機脈沖的幅度進行測量，同時讀取脈沖到達的時間及脈沖寬度等數(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脈沖數(shù)據(jù)和同時采集到的其他相關(guān)數(shù)據(jù)(如雷達中的載頻數(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“先進先出(FIF0)”緩沖器，再通知主機讀取這些數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕笊疃菷IF0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CPU同時讀／寫FIF0時可能出現(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)，然后再送到主機處理。

　　5 結(jié)論

　　該采集卡設(shè)計采用80C196單片機、8位高速A／D轉(zhuǎn)換的TLC5540及EPLD器件實現(xiàn)計數(shù)、鎖存和其他邏輯電路，并巧妙利用80C196單片機的高速輸入通道(HSI)的中斷特性，不僅實現(xiàn)了對隨機脈沖信號的幅度測量或脈內(nèi)波形數(shù)據(jù)采集，同時還記錄脈沖到達時間及脈寬，解決了數(shù)據(jù)采集卡在采集隨機窄脈沖信號存在的采集數(shù)據(jù)量大且不能實時處理的問題。該采集卡已成功應(yīng)用于某型雷達偵察設(shè)備中的信號錄取，完全可實時采集、處理接收到的雷達脈沖信號并送往主機，通過主機進一步對采集的信號進行分選和處理，可完全實時顯示采集到的雷達脈沖波形。實際應(yīng)用表明設(shè)計的采集卡工作穩(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現(xiàn)不間斷采樣。