基于单⽚机电压采集电
钾霞石
路设计检查井井座
集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
1引⾔
数据采集是分析模拟信号量数据的有效⽅法。⽽实时显⽰数据是⾃动化检测系统的现实需求。在测试空空导弹导引头的过程中，导引头的响应信号包括内部⼆次信号和模拟量电压信号。检测过程中要求检测系统实时显⽰导引头的⼯作状态，显⽰⼆次电源和模拟量响应电压信号，判断导引头性能，同时保证在⾮常情况下⼈为对导引头做出应急处理，保护导引头。对于模拟量电压信号，通常采⽤模数转换、事后数据标定的⽅法实现。根据现实需求，研制相应检测系统可作为导引头⽇常维护和修理的重要⼯具。这⾥介绍⼀种基于单⽚机和CPLD的实时数据采集显⽰系统设计⽅案。 2系统构成
该系统中待采集显⽰电压信号共路，动态电压范围为－~+27V。由于这些电压信号变化频率较低，或
者认为频率⽆变化，且检测系统只关⼼其电压值，所以在低采样率下就可满⾜系统要求。根据需求，系统设计的采样率即显⽰刷新速率在1．56k／s以上。
采⽤单⽚机80C196KB和可编程逻辑器件78SLC为核⼼控制器，以80C196KB内部集成A/D转换器作为模数转换器实现16路电压信号的实时数据采集、显⽰、控制。该系统总体设计结构框图如图1所⽰。
柔性电路
整个系统主要由信号预处理、信号选通、单⽚机采集、双机以及数据处理显⽰等构成。其中，信号选通模块由CPLD和多路模拟选择器组成。
胡纯玉3系统硬件电路设计
3．1信号预处理电路
由于待采集电压信号输⼊动态范围较宽，且极性各异，对于单⽚机A／D转换器来说，需要调理到能够采集的电压范围闱
0~5V，所以要统⼀调理采集信号，如图2所⽰。
图2中运放和1556均采⽤双电压供电，以提⾼动态信号输⼊范围；均采⽤精度为0．1％的精密型⾦属膜电阻，以提⾼电压转换精度。
在⼆级电压凋理过程中，MC1556同相输⼈端采⽤电路以减少长时间通电情况下温度升⾼对系统产⽣的不良影响。南于电压跟随器具有输⼊阻抗⼤和输出驱动能⼒强的特点，故在预处理电路的输⼊端和输出端均采⽤电压跟随电路。
3．2信号选通电路
508A是⼀款8通道模拟多路选择器，具有⾼速转换速度和低内阻特性，通道切换具有防短路功能。在CPLD控制下，它可对采集信号进⾏有序通道切换，配合单⽚机进⾏数据采集。
EPMSLC是⼀款Ahera公司⽣产的CPLD，其容量为128个宏单元，采⽤硬件描述语⾔VHDL对CPLD编程设置实现信号的选通控制。⾸先编写模块对1MHz进⾏20分频，输出2路相位相错、周期为20&;s的矩形同步信号。其中⼀路信号经D触发器进⾏2分频，得到占空⽐50％、周期为µs的⽅波信号；然后编写信号选通控制模块。此模块根据⽅波信号和另⼀路同步信号循环输出控制信号，两模块都在MuxPlus-II环境下开发，CPLD 控制信号时序仿真结果如图3所⽰，其中，信号和ROAD是单⽚机主程序运⾏的勤务信号；1和CS2是2⽚的⽚选信号：A0、和A2则是ADG508A通道选通控制信号。
3．3单⽚机采集电路
美容按摩器80C196KB是Intel公司⽣产的⼀款16位CMOS单⽚机，⽚内集成有8路A／D转换器，该转换器包括⼀
个8通道多路模拟，采样保持电路和10位A／D转换器。由于该系统外部有多路选择器，故内部⽆需通道转换，采⽤⼀个ACH0通道即可完成数据采集。对于采⽤12MHz晶振的单⽚机系统，完成⼀次A／D转换需22µs。
80C196KB的A／D转换器采⽤逐次逼近的⽅法完成模拟量到数字量的转换，基准电压设定⾮常关键，内部阻容⽹络将基准电压Vref等分为1024个阶梯，每级为Vref／1024V。通过与基准电压⽐较，可得到10位数据转换结果，其中基准电压的精度以及稳定度直接影响到测量结果的绝对精度。因此在电路中Vref采⽤单独电源供电并通过基准稳压源如LM136的5V提⾼精度及稳定度。80C196KB通过判断ROAD信号在其上升沿读取上次A／D 转换结果，同时启动A／D转换器转换下⼀路信号，该单⽚机⽤FRM信号作为⾮屏蔽中断使计数器DXL归零，主程序循环⼀次，保证对16路通道信号的时分复⽤采集。单⽚机80C196KB 程序流程如图4所⽰。
3．4双机数据传输
为达到采集数据的实时可控性，系统设计双机通信接⼝作为单⽚机A／D转换数据向计算机传输的通道。计算机采⽤下的模式通信，速度达500KB／s～2MB／s。使⽤双端⼝RAMIDT作为主要元件，通过通信接⼝，单⽚机将A／D转换数据存⼊双端⼝RAM中，计算机则实时显⽰从双端⼝RAM中读取的数据。单⽚机通过双端⼝RAMIDT7130的A端⼝进⾏写操作，计算机则通过B端⼝进⾏读操作。握⼿信
号由单⽚机通过对ROAD信号计数产⽣，⼆者可异步读写操作，实现数据交换。图5为单⽚机与计算机接⼝电路。
4系统软件设计
4．1数据标定
在给定Vref=5V，设单⽚机采集端⼝输⼊电压为Vin与之相对应的A／D转换数字量为X，则
吸收二氧化硫X=1024Vin/5V。对于线性变换预处理电路可采⽤Y=5KX／1024，其中，Y表⽰电压实测值，X表⽰与Y对应的A ／D转换
值，K为放⼤器增益。令K=Ymax/5V，其中Ymax表⽰待测量电压的最⼤值。为保证采集精度，应先计算Ymax，以保持⾜够的A／D转换有效数字。以待采集电压0~27V为例，预处理电路增益为27／5=5．4。
4．2实时显⽰
读数及显⽰软件在VC++6．0环境下编写，使⽤对话框模式，并⼝采⽤WDM驱动⽅式。软件运⾏时直接打开驱动设备，同时使⽤AfxBeginThread()函数⽣成⼀个新线程，其控制线程函数实时更新读取并
显⽰数据。由于单⽚机采⽤1O位A／D转换器，所以⼀次转换结果分两次传输，分别为⾼位和低位传输。并⼝数据传输也采⽤8位⽅式。上位机在读取数据后，2组数据经移位、加法运算后得出⼀个完整数据，标定后在计算机界⾯显⽰。
5结论
实践证明，该实时采集显⽰系统完全满⾜导引头的检测需求。采集电压精度可达mV级，刷新率在1．56k ／s以上。该系统采⽤单⽚机和CPLD技术，电路设计结构简单，实际应⽤可靠性⾼、通⽤性强、使⽤灵活，且采集通道具有扩展性。但在电路设计过程中应注意：由于系统既有模拟电路⼜有数字电路，所以合理布线对系统⾄关重要，应采取合理布线措施以保证基准地线的稳定性，从⽽提⾼采集精度。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议