基于PC104的電動投彈器檢測系統(tǒng)電路設(shè)計

　　摘要： 介紹了一個基于PC104 的數(shù)據(jù)采集與檢測電路的設(shè)計，它完成A/D 數(shù)據(jù)采集、D/A 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入/輸出、信號顯示卡以及LCD 顯示器的控制等功能。PC104 總線信號檢測電路對于改進裝備故障檢測方式具有重大意義。通過對信號波形顯示原理以及顯示方法的分析，確定了具體的實際方案，完成了功能電路的設(shè)計；采用專用接口芯片結(jié)合CPLD 的方法實現(xiàn)了PC104 總線的接口協(xié)議以及邏輯控制電路；檢測系統(tǒng)電路在實際測試過程中能穩(wěn)定工作，滿足設(shè)計指標要求。

　　數(shù)據(jù)采集與檢測電路是電動投彈器故障診斷系統(tǒng)中的重要組件，主要完成系統(tǒng)工作過程中采集信號的顯示和診斷流程的指示，是重要的人機對話窗口的執(zhí)行部件。因此，檢測電路功能的好壞，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)最終能否完成工作。

　　為了保證系統(tǒng)的可靠性和輕便性，采用了PC104 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，顯示采用投彈信號顯示卡與小型的液晶顯示器（LCD）。

　　1 檢測系統(tǒng)電路的功能

　　PC/104 在國際上十分流行， 被IEEE 協(xié)會定義為IEEEP996.1.IEEE-P996 是PC 和PC/AT 工業(yè)總線規(guī)范，是一種優(yōu)化的、小型堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)，適應(yīng)于攜便的測量系統(tǒng)。PC/104 基本上是PC ISA 總線的重新包裝。它提供一種機制，將PC 技術(shù)嵌入到結(jié)實而空間有限的環(huán)境中。PC104總線完全與ISA 總線兼容，但具有可堆疊而緊湊（3.6"×3.8"）的模塊。

　　采集與控制電路以基于PC104 規(guī)范的586 工控機為核心，實現(xiàn)電動投彈器的控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果打印和存儲功能，系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。接收機的模擬輸出信號和接收機的狀態(tài)信息分別由A/D 轉(zhuǎn)換器采集和8 位數(shù)字輸入端口送入到計算機中；接收機的增益由D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓控制，接收機的通道選擇和狀態(tài)切換由8 位數(shù)字量輸出端口輸出的信號控制；液晶顯示器的控制通過并行端口完成， 信號顯示系統(tǒng)將顯示的信息輸入到液晶控制器，由液晶控制器實現(xiàn)顯示的控制。

圖1 電動投彈器數(shù)據(jù)采集與控制電路原理框圖

　　采集電路主要由8 路12 位的A/D 變換器、3 路12 位的D/A 變換、信號控制器接口、8 位數(shù)據(jù)輸入和輸出口。8 路A/D采用MAX197 芯片；3 路D/A 由兩片DAC1210 和一片MAX501 實現(xiàn)；LCD 接口與投彈信號顯示卡連接， 控制液晶顯示屏；輸入、輸出口分別采用74HC245 八位雙向總線收發(fā)器和74HC377 八位鎖存器。

　　2 系統(tǒng)電路設(shè)計與實現(xiàn)

　　2.1 地址分配

　　地址分配由譯碼電路完成， 譯碼電路采用了一片74HC138 和一片74HC139,對SA0-SA9 低10 位地址進行譯碼。PC 機內(nèi)部地址從300H-35FH 為空地址，因此本系統(tǒng)各端口的地址分配也要符合這一規(guī)定。

　　當CPU 總線在非DMA 讀寫周期，AEN 信號為低電平時選通1/2 片74HC139, 當?shù)刂肪€SA5 和SA8 為高電平，74HC139 第5 腳輸出低電平， 同時SA6 為低電平，SA9 為高電平時，74HC138 就被選通。設(shè)計中將譯碼范圍分為兩段：

　　300H-31FH 和340H-35FH,通常采用SA7 為零的低32 個地址，同時SA7 還用于74HC139 另一半的譯碼電路中，譯出地址作為兩片DAC1210 的片選信號。

　　2.2 總線的驅(qū)動電路

　　由于PC/104 總線驅(qū)動能力只有4 mA,達不到設(shè)計的要求，故采用了一片74HC245 對SD0-SD7 進行驅(qū)動，同時采用一片74HC32 對PC/104 總線的SA0、IOW（寫信號）、IOR（讀信號） 進行驅(qū)動。在總線的讀周期， 總線的讀信號變低，使74HC245 的DIR 變低，74HC245 數(shù)據(jù)傳輸方向由B 到A,PC/104 的總線就可以從外部端口讀入數(shù)據(jù)； 在寫周期則剛好相反，使DIR 變高，74HC245 數(shù)據(jù)傳輸方向由A 到B,PC/104 的總線可以往外部端口寫數(shù)據(jù)。經(jīng)過74HC245 后總線驅(qū)動能力可滿足系統(tǒng)要求。

　　SA0、IOW（寫信號）、IOR（讀信號）的驅(qū)動是分別經(jīng)過一個或門與地相或后輸出，輸出信號與原信號的TTL 電平是一樣的，但驅(qū)動能力提高了。

　　2.3 A/D 變換電路

　　數(shù)據(jù)采集是通過A/D 轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)由模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程，A/D 轉(zhuǎn)換電路選用了MAX197 芯片。

　　MAX197 是一個12 位的8 輸入通道A/D 轉(zhuǎn)換器。線性度達1/2 LSB,+5 V 單電源供電，可通過編程選擇輸入電壓范圍：±10 V、±5 V、0-10 V 或0-5 V,輸入過壓保護可達±16.5 V,可工作在內(nèi)采樣或外采樣模式，轉(zhuǎn)換時間為6 μs.參考源可用內(nèi)部4.096 V 或外接參考源。時鐘方式可選用內(nèi)時鐘或外時鐘。MAX197 通過8+4 并行接口實現(xiàn)12 位數(shù)據(jù)傳輸。它的A/D 轉(zhuǎn)換功能就是將由軟件選擇的通道的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12 位數(shù)字量，以補碼的形式，分別將低8 位、高4 位由一個8位并行口分時輸出。A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖2 所示。

圖2 A/D 電路原理圖