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隨機脈沖信號采集卡的設(shè)計

作者: 時間:2010-09-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
該系統(tǒng)硬件電路主要包括單片機主系統(tǒng)中的隨機放大及限幅電路、幅度、寬度測量電路、高速及存儲電路及由EPLD等構(gòu)成的控制信號電路等。
3.1 隨機脈沖放大及限幅電路
隨機脈沖放大及限幅電路完成脈沖信號的放大、限幅及整形,以滿足TTL輸入端信號的要求。圖2為隨機脈沖放大及限幅電路,采用高速運算放大器OPA603,其特點是頻帶寬且轉(zhuǎn)換速率較高,適用于脈沖放大類電路。輸入的脈沖信號通過兩級放大及限幅后。輸出的脈沖信號送到80C196的高速輸入器件的輸入端。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/187802.htm


圖3為脈沖幅度及寬度測量電路示意圖。單片機(80C196)內(nèi)置的10位A/D轉(zhuǎn)換電路完成脈沖幅度的測量。由74LSl61構(gòu)成的脈沖計數(shù)電路測量脈寬。主系統(tǒng)電路負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制、采樣頻率的設(shè)置及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理及控制傳送等。其工作原理為:隨機脈沖信號(Vin)送入80C196的模擬信號輸入端ACH6,然后由80C196的內(nèi)部的10位A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣和轉(zhuǎn)換同時該隨機脈沖信號經(jīng)放大、限幅并整形后的脈沖信號(Vout)送高速輸入器件的HSI0、HSIl端,作為脈沖前后沿的觸發(fā)事件,啟動中斷處理程序。HSI0輸入端作為脈沖信號的前沿(上升沿)事件觸發(fā)輸入端,用于讀出并記錄脈沖前沿到達的時刻及啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣和轉(zhuǎn)換;HSIl輸入端作為脈沖信號的后沿(下降沿)事件觸發(fā)輸入端,用于讀出并記錄脈沖后沿到達的時刻及讀取A/D轉(zhuǎn)換器的值。另外整形后的脈沖信號(Vout)有一路信號(CLKl)送到一組7415374(4片)的CLK端,用于鎖存74Lsl61計數(shù)器的計數(shù)值(即脈沖前沿到達的時刻)。通過反相器輸出的另一路信號(CLK2)送到另74LS374(4片)的CLK端,用于鎖存74LSl61計數(shù)器的計數(shù)值(即脈沖后沿到達的時刻)。脈沖信號的寬度即為2個計數(shù)值的差值。
3.2 高速及存儲電路
高速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(fù)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。



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