随机脉冲信号采集卡的设计.doc

随机脉冲信号采集卡的设计
在雷达、声纳及工业控制领域中的故障监测系统中,往往需要采集雷达、声纳的回波信号或故障检测系统中的故障信号。由于这些信号是随机出现的,并且这些信号的幅度、脉宽及形状相差较大。有些信号脉宽可能很窄,有的可能较宽,且占空比不均匀。若采用传统的固定采样速率采集方式则不能满足实时处理要求。因为,对窄脉冲采样,要求采样速率很高,若采用连续采样方法,则采集数据量太大,采集数据不能及时处理, 不能满足采集信号的实时分析或故障的实时处理的要求。为此研制一种随机脉冲信号,其基本工作原理为:随机脉冲信号出现时,高速采集电路工作,无脉冲信号时,高速采集电路停止工作。由于在上述方面应用中要求采集的随机脉冲的平均占空比很小,因此采用该随机采集脉冲信号卡采集的数据量不是很大,能够对采集的数据进行实时处理和分析,并满足上述领域的特殊需要。
1 随机脉冲信号采集卡
随机脉冲信号采集卡硬件组成框图如图1所示,它主要分为输入输出接口、幅度采集和控制、单片机运行和控制、主机接口控制、信号重放等5个模块电路。
1)输入接口电路该模块电路主要包括随机信号输入及处理、高速A/D采样、GPS信号输入及分频,其他数字信号输入等电路。
2)随机脉冲处理电路该模块电路可对随机脉冲进行放大和限幅,放大倍数不小于200倍,确保大于25 mV的随机脉冲信号通过放大后其峰值电平接近5 V,达到TTL电平信号的要求。该信号作为采样控制电路、脉宽测量32位时钟电路及80C196单片机的HIS输入电路的触发脉冲信号,控制脉冲的采集和停止及脉宽测量电路的计数。
3)幅度采集和控制电路该电路主要包括高速A/D采样电路和采样控制电路等。此外80C196内部也含一个信号幅度采集电路。
4)高速A/D采样电路该电路对随机脉冲进行高速采样,其采样频率由单片机设置。
5)GPS信号输入及分频电路该电路是为系统提供标准时间,同时也给脉宽测量的32位时钟提供一个整点的复位脉冲信号。
6)脉冲重放电路该电路可将采集的脉冲信号数据再转化为对应的脉冲信号输出,用于显示或听音。
7)其他数字信号输入电路该电路包括主机给单片机提供的一些控制参数(如高速A/D的采样率)和其他输入的一些数字信号(如雷达脉冲的方位和载频等数字信号)。
8)输出接口电路该电路主要包括大深度的FIFO电路及状态锁存电路等,用于采集卡与主机接口。
2 工作模式
随机脉冲信号采集卡有2种工作模式:一种是采用单片机完成的单一脉冲幅度的测量模式:一种是对特殊脉冲波形测量使用的脉冲幅度高速采样模式。第 1种工作模式下,脉冲幅度的测量由80C196单片机内部的A/D转换电路完成,每个脉冲仅采样测量一次。脉冲宽度及脉冲到达时间等虽然可由80C196 单片机的HIS(高速输入通道)电路等测量,但因为其测量精度达不到要求,因此,外加了一个32位时间计数器及其相应的2套锁存器等电路用于脉冲宽度及脉冲到达时间的测量。第2种工作模式下,脉冲幅度的测量由外加的高速A/,由脉冲的下降沿触发一个延时电路。延时一段时间后由延时电路的下降沿停止高速A/D采样测量电路。高速A/D采样测量电路的采样率可由主机根据需要设定,最高采样速率可设定为20 MHz。脉宽及到达时间的