基于基于TLC5540和和80C196单片机设计的随机脉冲信号采集卡单片机设计的随机脉冲信号采集卡
研制一种随机脉冲信号采集卡,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
脉冲信号采集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。
采集雷达、声纳的回波信号或故障监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
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
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
3 系统硬件电路设计
该系统硬件电路主要包括单片机主系统中的随机脉冲放大及限幅电路、脉冲幅度、脉冲宽度测量电路、高速信号采集及存储电
路及由EPLD等构成的控制信号电路等。
3.1 随机脉冲放大及限幅电路
随机脉冲放大及限幅电路完成脉冲信号的放大、限幅及整形,以满足TTL输入端信号的要求。图2为随机脉冲放大及限幅电
路,采用高速运算放大器OPA603,其特点是频带宽且转换速率较高,适用于脉冲放大类电路。输入的脉冲信号通过两级放大
及限幅后。输出的脉冲信号送到80C196的高速输入器件的输入端。