1 引言
資料採集是分析模擬訊號量資料的有效方法。而實時顯示資料是自動化檢測系統的現實需求。在測試空空飛彈導引頭的過程中，導引頭的響應訊號包括內部二次電源訊號和模擬量電壓訊號。
檢測過程中要求檢測系統實時顯示導引頭的工作狀態，顯示二次電源和模擬量響應電壓訊號，判斷導引頭效能，同時保證在非常情況下人為對導引頭做出應急處理，保護導引頭。對於模擬量電壓訊號，通常採用模數轉換、事後資料標定的方法實現。根據現實需求，研製相應檢測系統可作為導引頭日常維護和修理的重要工具。
這裡介紹一種基於微控制器和cpld的實時資料採集顯示系統設計方案。
2 系統構成
該系統中待採集顯示電壓訊號共16路，動態電壓範圍為－22~+27 v。由於這些電壓訊號變化頻率較低，或者認為頻率無變化，且檢測系統只關心其電壓值，所以在低取樣率下就可滿足系統要求。根據需求，系統設計的取樣率即顯示重新整理速率在1．56 k／s以上。
採用微控制器80c196kb和可程式設計邏輯器件epm7128slc為核心控制器，以80c196kb內部整合a/d轉換器作為模數轉換器實現16路電壓訊號的實時資料採集、顯示、控制。該系統總體設計結構框圖如圖1所示。
整個系統主要由訊號預處理、訊號選通、微控制器採集、雙機資料傳輸以及資料處理顯示等模組構成。其中，訊號選通模組由cpld和多路模擬選擇器組成。
3 系統硬體電路設計
3．1 訊號預處理電路
由於待採集電壓訊號輸入動態範圍較寬，且極性各異，對於微控制器a／d轉換器來說，需要調理到能夠採集的電壓範圍闈0~5 v，所以要統一調理採集訊號，如圖2所示。
圖2中運放lm224和mc1556均採用雙電壓供電，以提高動態訊號輸入範圍；電阻均採用精度為0．1％的精密型金屬膜電阻，以提高電壓轉換精度。
在二級電壓凋理過程中，mc1556同相輸人端採用穩壓電路以減少長時間通電情況下溫度公升高對系統產生的不良影響。南於電壓跟隨器具有輸入阻抗大和輸出驅動能力強的特點，故在預處理電路的輸入端和輸出端均採用電壓跟隨電路。
3．2 訊號選通電路
adg508a是一款8通道cmos模擬多路選擇器，具有高速轉換速度和低內阻特性，通道切換具有防短路功能。在cpld控制下，它可對採集訊號進行有序通道切換，配合微控制器進行資料採集。
epm7128slc是一款ahera公司生產的cpld，其容量為128個巨集單元，採用硬體描述語言vhdl對cpld程式設計設定實現訊號的選通控制。首先編寫分頻器模組對1 mhz晶體振盪器進行20分頻，輸出2路相位相錯、週期為20 μs的矩形同步訊號。其中一路訊號經d觸發器進行2分頻，得到占空比50％、週期為40μs的方波訊號；然後編寫訊號選通控制模組。
此模組根據方波訊號和另一路同步訊號迴圈輸出控制訊號，兩模組都在muxplus-ii環境下開發，cpld控制訊號時序**結果如圖3所示，其中，訊號frm和road是微控制器主程式執行的勤務訊號；cs1和cs2是2片adg508a的片選訊號：a0、a1和a2則是adg508a通道選通控制訊號。
3．3 微控制器採集電路
80c196kb是intel公司生產的一款16位cmos微控制器，片內整合有8路a／d轉換器，該轉換器包括乙個8通道多路模擬開關，取樣保持電路和10位a／d轉換器。由於該系統外部有多路選擇器，故內部無需通道轉換，採用乙個ach0通道即可完成資料採集。對於採用12 mhz晶振的微控制器系統，完成一次a／d轉換需22μs。
80c196kb的a／d轉換器採用逐次逼近的方法完成模擬量到數字量的轉換，基準電壓設定非常關鍵，內部阻容網路將基準電壓vref等分為1 024個階梯，每級為vref／1 024 v。通過與基準電壓比較，可得到10位資料轉換結果，其中基準電壓的精度以及穩定度直接影響到測量結果的絕對精度。因此在電路中vref採用單獨電源供電並通過基準穩壓源如lm136的5 v提高精度及穩定度。
80c196kb通過判斷road訊號在其上公升沿讀取上次a／d轉換結果，同時啟動a／d轉換器轉換下一路訊號，該微控制器用frm訊號作為非遮蔽中斷使計數器dxl歸零，主程式迴圈一次，保證對16路通道訊號的時分復用採集。微控制器80c196kb程式流程如圖4所示。
3．4 雙機資料傳輸
為達到採集資料的實時可控性，系統設計雙機通訊介面作為微控制器a／d轉換資料向計算機傳輸的通道。計算機採用wdm下的epp模式通訊，速度達500 kb／s～2 mb／s。使用雙埠ram idt7130作為主要元件，通過通訊介面，微控制器將a／d轉換資料存入雙埠ram中，計算機則實時顯示從雙埠ram中讀取的資料。
微控制器通過雙埠ram idt7130的a埠進行寫操作，計算機則通過b埠進行讀操作。握手訊號由微控制器通過對road訊號計數產生，二者可非同步讀寫操作，實現資料交換。圖5為微控制器與計算機介面電路。
4 系統軟體設計
4．1 資料標定
在給定vref=5 v，設微控制器採集埠輸入電壓為vin與之相對應的a／d轉換數字量為x，則x=1 024 vin/5v。對於線性變換預處理電路可採用y=5kx／1 024，其中，y表示電壓實測值，x表示與y對應的a／d轉換值，k為放大器增益。令k=ymax/5 v，其中ymax表示待測量電壓的最大值。
為保證採集精度，應先計算ymax，以保持足夠的a／d轉換有效數字。以待採集電壓0~27 v為例，預處理電路增益為27／5=5．4。
4．2 實時顯示
讀數及顯示軟體在vc++6．0環境下編寫，使用對話方塊模式，並口採用wdm驅動方式。軟體執行時直接開啟驅動裝置，同時使用afxbeginthread()函式生成乙個新執行緒，其控制線程函式實時更新讀取並顯示資料。由於微控制器採用1o位a／d轉換器，所以一次轉換結果分兩次傳輸，分別為高位和低位傳輸。
並口資料傳輸也採用8位方式。上位機在讀取資料後，2組資料經移位、加法運算後得出乙個完整資料，標定後在計算機介面顯示。
5 結論
實踐證明，該實時採集顯示系統完全滿足導引頭的檢測需求。採集電壓精度可達mv級，重新整理率在1．56 k／s以上。該系統採用微控制器和cpld技術，電路設計結構簡單，實際應用可靠性高、通用性強、使用靈活，且採集通道具有擴充套件性。
但在電路設計過程中應注意：由於系統既有模擬電路又有數位電路，所以合理佈線對系統至關重要，應採取合理佈線措施以保證基準地線的穩定性，從而提高採集精度。
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