隨機脈沖信號采集卡的設計

圖3為脈沖幅度及寬度測量電路示意圖。單片機(80C196)內置的10位A／D轉換電路完成脈沖幅度的測量。由74LSl61構成的脈沖計數電路測量脈寬。主系統電路負責整個(gè)系統的控制、采樣頻率的設置及相關(guān)的數據處理及控制傳送等。其工作原理為：隨機脈沖信號(Vin)送入80C196的模擬信號輸入端ACH6，然后由80C196的內部的10位A／D轉換器進(jìn)行采樣和轉換同時(shí)該隨機脈沖信號經(jīng)放大、限幅并整形后的脈沖信號(Vout)送高速輸入器件的HSI0、HSIl端，作為脈沖前后沿的觸發(fā)事件，啟動(dòng)中斷處理程序。HSI0輸入端作為脈沖信號的前沿(上升沿)事件觸發(fā)輸入端，用于讀出并記錄脈沖前沿到達的時(shí)刻及啟動(dòng)A／D轉換器進(jìn)行采樣和轉換；HSIl輸入端作為脈沖信號的后沿(下降沿)事件觸發(fā)輸入端，用于讀出并記錄脈沖后沿到達的時(shí)刻及讀取A／D轉換器的值。另外整形后的脈沖信號(Vout)有一路信號(CLKl)送到一組7415374(4片)的CLK端，用于鎖存74Lsl61計數器的計數值(即脈沖前沿到達的時(shí)刻)。通過(guò)反相器輸出的另一路信號(CLK2)送到另74LS374(4片)的CLK端，用于鎖存74LSl61計數器的計數值(即脈沖后沿到達的時(shí)刻)。脈沖信號的寬度即為2個(gè)計數值的差值。
3．2 高速信號采集及存儲電路
高速信號采集及存儲電路用于采集卡在采集方式下時(shí)采集輸入脈沖的脈內波形數據。采用8位高速A／D轉換器TLC5540，其最大轉換速度40 MS／s，模擬輸入帶寬大于75 MHz，具有內部采樣和保持功能。
TLC5540進(jìn)行轉換所需時(shí)鐘信號頻率可由單片機設置。A／D轉換后的數據自動(dòng)存儲在外接的62256存儲器中，其地址信號由4個(gè)74LSl61產(chǎn)生。其工作原理為：首先QCLR輸出一個(gè)負脈沖，將74LSl61計數器清零，然后再設置采樣時(shí)鐘信號(TCLK)，啟動(dòng)TLC5540進(jìn)行轉換，同時(shí)將RAD信號設為有效(低電平)，產(chǎn)生的數據在脈沖信號(Vout為高電平)出現時(shí)按順序寫(xiě)入外接的62256存儲器中，脈沖信號(Vout為低電平)消失則自動(dòng)停止寫(xiě)入。高速RAM的地址信號由74LSl61地址產(chǎn)生器提供。對每個(gè)脈沖信號期間采樣的次數可根據2個(gè)脈沖信號最后寫(xiě)入地址的差值進(jìn)行來(lái)計算，即由單片機讀出的該脈沖信號下降沿時(shí)刻74LSl61的計數值(即最后寫(xiě)入的RAM的地址)，再減去上一次讀出的值，即為該脈沖的采樣次數。連續采樣一群脈沖的波形數據后需暫停采集，將采集的每個(gè)脈沖的波形數據與該脈沖的其他參數(如脈沖寬度、脈沖到達時(shí)間等)按規定的格式組合后送到與主機交換數據的FIF0高速存儲器中，供主機讀取和處理，數據送完后再啟動(dòng)采集下一群脈沖。一群脈沖的數量由用戶(hù)根據實(shí)際情況確定，以連續采集的波形數據存入高速RAM中不產(chǎn)生溢出為最大限。圖4為高速信號采集及存儲電路。