基于ISA總線的脈寬測量電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李金猛

(國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007)

檢測設(shè)備在檢測某型飛機(jī)上的應(yīng)急投放裝置時(shí)常需要對產(chǎn)品輸出信號的時(shí)間特性進(jìn)行測量，特別是涉及到部分產(chǎn)品中所產(chǎn)生的階梯波脈沖寬度的測量，如圖1給出的這種階梯波形時(shí)間特性的示意圖，其中T1和T2表示時(shí)間脈沖寬度，T3表示一個(gè)測試工作步驟中總脈沖寬度，以前檢測設(shè)備通常外接示波器測量產(chǎn)品所產(chǎn)生的階梯波形的寬度，每次讀取費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文自行設(shè)計(jì)的階梯波形脈寬測量板卡可以自動準(zhǔn)確讀取整個(gè)波形時(shí)間，節(jié)省人力與時(shí)間。

1 階梯波脈寬測量電路的工作原理

階梯波脈寬的測量主要通過檢測階梯電壓的變化后通過波形變換為多個(gè)單一脈沖，而后應(yīng)用通用計(jì)數(shù)器及基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖測量脈沖寬度的原理來測量變換后的脈沖寬度以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)時(shí)間的測量，具體原理如圖2所示。被測脈沖T作為測量的控制信號，當(dāng)被測脈沖上升沿來后，控制與門開通，計(jì)數(shù)器對基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù);在被測脈沖下降沿來后，控制與門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。因而，被測脈沖寬度T由計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M和基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖周期 T0 確定。即:T=M ×T0。［1］

圖1 階梯波形圖

圖2 階梯波形測量原理圖

2 主要硬件電路

階梯波形的測量電路主要由波形變換電路、脈寬測量電路、ISA接口電路三部分組成。現(xiàn)分別對其加以介紹。

2.1 波形變換電路

波形變換主要將檢測階梯波中跳變來實(shí)現(xiàn)其信號的變換，原理圖如圖3所示，考慮到階梯波形在電壓跳變處涉及到電壓的變化，原理圖中的門限檢測電路就是限定階梯波形的門限電壓從而將跳變出檢測出來，而后通過門電路變換成標(biāo)準(zhǔn)的單脈沖波形。

圖3 階梯波形變換原理圖

波形變換在輸入端輸入模擬的階梯波，通過具體的測試電路，其最終波形變換測試結(jié)果如圖4所示，黃色部分表示輸入階梯波，在波形跳變出檢測出對應(yīng)的單脈沖，輸出波形如藍(lán)色和紅色兩部分。

圖4 階梯波信號產(chǎn)生測試圖

2.3 ISA 接口電路

本設(shè)計(jì)所涉及到的ISA接口部分主要涉及到ISA數(shù)據(jù)總線的控制，這里應(yīng)用MAXPLUSEII的圖

3 脈寬測量電路

變換后的脈沖測量是設(shè)計(jì)一種邏輯電路檢測單脈沖的上升沿和下降沿分別產(chǎn)生兩個(gè)單脈沖，各自完成基準(zhǔn)脈沖的計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)輸出的控制，整個(gè)測量原理如圖5所示。

圖5 單脈沖測量組成框圖

圖6給出了單脈沖測試電路的仿真測試波形，其中f0脈沖的寬度為738ms，本設(shè)計(jì)中所選擇的t0頻率為1Khz(周期1ms)，其中C0和d0分別為檢測到f0后所形成的兩個(gè)單脈沖，C0主要開始計(jì)數(shù)器的初始清零和計(jì)數(shù)工作，d0主要用于計(jì)數(shù)輸出的控制。仿真波形中可以看出f0的寬度為738ms，可以知道其計(jì)數(shù)輸出應(yīng)為738，對應(yīng)的16進(jìn)制為2E2，仿真波形中可以看出 qq［11..0］的輸出值為2E2。［2］形編輯方式完成數(shù)據(jù)總線的控制，以IO映射的方式實(shí)現(xiàn)對該卡的控制，其具體硬件原理框圖如圖7所示，按照原理圖可以看出寫地址230主要實(shí)現(xiàn)所選通道的單脈沖計(jì)數(shù)輸出的選擇，通過讀地址231所對應(yīng)的 qq［7..0］和讀地址232所對應(yīng)的 qq［11..8］完成總線上的數(shù)據(jù)讀出。［3－4］

圖6 單脈沖測試仿真圖

圖7 ISA硬件原理框圖

4 仿真測試情況

仿真波形測試如圖8所示，SIG1A和SIG1B分別為門限檢測電路輸出的信號，后續(xù)此兩信號經(jīng)過圖7中的與或門形成單一脈沖，寫230地址所對應(yīng)的數(shù)據(jù)0X0D，完成第6通道的計(jì)數(shù)輸出選擇，讀地址231和232完成數(shù)據(jù)緩存輸出到數(shù)據(jù)總線上。［5］

圖8 圖波形測試仿真圖

5 結(jié)束語

采用文中波形整形和時(shí)序邏輯電路兩種方法結(jié)合使用完成階梯波脈寬的時(shí)間測量，方法簡單實(shí)用，節(jié)約了外接示波器測量階梯波脈寬的成本，經(jīng)波形仿真實(shí)踐證明此方法可行。

［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［2］張毅.測量與控制電路［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［3］蔣志峰，蔣偉峰，劉濟(jì)林.基于ISA總線接口電路的設(shè)計(jì)及研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2000，(1).

［4］宋建成.可編程邏輯器件原理與應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［5］馮濤，可編程邏輯器件開發(fā)技術(shù)－MAX+plusll入門與提高［M］.北京:人民郵電出版社，2005.