某型器件工作狀態(tài)記錄儀的設(shè)計

王華喬

（中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點實驗室，山西 太原 030051）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無論在科學(xué)研究還是技術(shù)開發(fā)以及工程實踐中越來越多的要求進行動態(tài)測量，對被測參數(shù)進行定量、深入的研究，探求動態(tài)過程中參數(shù)的變化規(guī)律[1]。在某型器件設(shè)計到定型的過程中，測試環(huán)節(jié)便顯得必不可少，有助于快速定位故障原因，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷與不足。數(shù)據(jù)曲線使測試結(jié)果的分析更為形象、直觀。

1 設(shè)計與實現(xiàn)

采用CPLD器件XCR3064XL為數(shù)字主控器，控制與協(xié)調(diào)整個測試系統(tǒng)的運行。整個系統(tǒng)分為系統(tǒng)電源模塊、A/D模塊、CPLD主控模塊、存儲模塊、接口模塊4部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊

按照設(shè)計要求，4個有效通道信號，4個系統(tǒng)編碼通道，共有8個采樣通道，單通道信號采樣頻率為50kHz。A/D采用分辨率為12bit、最高采樣率可達(dá)1Mbps的AD7492可完全滿足性能要求[2]。8個通道的總采樣頻率為400kHz，要求模擬開關(guān)的動作后的穩(wěn)定時間參數(shù)必需遠(yuǎn)小于2.5μs。通道模擬開關(guān)MAX4634斷開和導(dǎo)通的穩(wěn)定時間的典型值分別為6ns和14ns，符合參數(shù)要求[3]，因此選用兩片4通道模擬開關(guān)MAX4634作為1～8通道的切換。

1.2 信號處理模塊

4個有效通道的輸入信號規(guī)格為：

① 基線為5V，幅度0到10V的檢波信號；

② 基線為15V的負(fù)脈沖信號；

③ 15V直流信號；

④ 幅度為±150V交流電壓信號。

根據(jù)A/D和CPLD的輸入?yún)?shù)限制[4]，必須將以上的4路信號的幅值進行轉(zhuǎn)換，使其成為A/D和CPLD可以接收的的有效信號。檢波信號衰減為原來的1/2，負(fù)脈沖信號衰減為原來的1/4，直流信號衰減為原來的1/4，交流電壓信號衰減為原來的1/60，并通過電容隔直。

1.3 主控模塊

1.3.1 電源控制

整個系統(tǒng)的上電方式有兩種：有效信號中的15V直流信號的上升沿觸發(fā)；讀數(shù)接口中的3.3V上拉電阻提供的高電平信號。下電方式也同樣有兩種：讀數(shù)接口中的上拉3.3V高電平信號有效時，整個系統(tǒng)全部下電；記錄完畢時，CPLD給出內(nèi)部電源管理信號，關(guān)閉模擬電路電源[5]。

1.3.2 采集控制

系統(tǒng)上電后即進行初始化，當(dāng)存儲器初始化完成后就開始順序記錄。記錄完畢后就等待外部計算機讀數(shù)以及系統(tǒng)下電信號?？刂七壿嬋鐖D2所示。

圖2 主控邏輯流程

值得注意的是，在等待讀數(shù)和擦除狀態(tài)下時，必須先判斷存儲器中的數(shù)據(jù)有沒有被讀取過。如果沒有讀取過就不能擦除，這樣就有效的防止了采集到數(shù)據(jù)的誤刪除，提高了數(shù)據(jù)的安全性。

1.4 存儲模塊

使用兩片三星公司K9F1G08U0A-PIBO系列NAND閃存芯片，單片容量為512MByte。對一頁（2KByte）數(shù)據(jù)編程進入非易失介質(zhì)的時間最大為700μs，典型時間為200μs。擦除一塊（128KByte）的最大時間為2ms，典型時間為1.5ms。存儲系統(tǒng)采用兩片F(xiàn)lash芯片交替工作的方式存儲主控發(fā)送過來的采集數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在對其中一片閃存芯片進行數(shù)據(jù)編程時，對另外一片發(fā)送命令，然后兩片方式互換，如此交替進行存儲可以提高數(shù)據(jù)存儲速度，保證存儲質(zhì)量[6]。

圖3 存儲結(jié)構(gòu)圖

寫入的數(shù)據(jù)以幀為單位，以便檢驗和糾錯。每幀8個字容量，前7個字為1～7路模擬信號的數(shù)據(jù)，最后一個字為校驗碼，在數(shù)據(jù)出錯時用以校對[7]。

1.5 狀態(tài)指示

由于抗高沖擊的需要，電路系統(tǒng)都封裝在加固的金屬外殼內(nèi)部，因此在使用系統(tǒng)進行測試時必須了解系統(tǒng)所處的狀態(tài)[8]。在外殼上的合適位置安裝一個發(fā)光二極管，通過亮滅及不同的閃爍狀態(tài)來指示系統(tǒng)的幾個重要狀態(tài)：如上電、采集、讀數(shù)、擦除、下電等，具體狀態(tài)設(shè)計如表1所示。

表1 狀態(tài)指示

2 測試結(jié)果

通過接口電路與外部計算機相連，運用對應(yīng)編寫的上位機軟件控制讀書口電路進行讀數(shù)，并將讀取的數(shù)據(jù)存儲在電腦中，并可隨時以可視化圖形的方式查看數(shù)據(jù)，圖3即為通道一信號圖像。可以看出本設(shè)計成功的記錄下了被測器件的工作狀態(tài)參數(shù)，為其改進和狀況分析提供了有力、準(zhǔn)確的分析幫助。

圖3 通道一的信號

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一個記錄引信工作狀態(tài)信號的實時記錄儀，并設(shè)計了針對性的信號調(diào)理電路。在充分考慮到記錄儀的工作環(huán)境的狀態(tài)下，采用多種手段提高了數(shù)據(jù)的存儲速率和可靠性，系統(tǒng)在使用上提供了更為人性化的操作。全程實時信號數(shù)據(jù)采集為引信工作狀態(tài)的測試與理論驗證提供了有力的幫助。

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