基于FLEX10K50與CPCI總線(xiàn)的脈沖信號檢測系統設計

2.2脈沖信號接口

被測脈沖信號為功率驅動(dòng)信號，用于驅動(dòng)功率負載，驅動(dòng)電流通常為幾mA至幾百mA，采用集電極開(kāi)路門(mén)(OC)形式輸出，通常為+12～+30 V信號。為了兼容多種信號電平，并能隔離功率型信號與普通基帶電平信號，實(shí)現較好的電磁兼容性，本系統采用光電耦合器作為信號隔離與電平轉換的接口器件。

TLP121是東芝公司生產(chǎn)的光電耦合器，隔離阻抗為MΩ級，其前向驅動(dòng)電流(IF)最大為20 mA，后端開(kāi)關(guān)開(kāi)啟和閉合時(shí)間均為μs級，可以滿(mǎn)足本系統對測量誤差不大于1 ms的要求。輸入接口電阻設為可調電阻，可適應不同輸入電壓。

脈沖信號接口電路如圖3所示。脈沖信號正線(xiàn)和回線(xiàn)連接至光耦的前端(圖3中TLP121的1、3引腳)，后端(圖3中TLP121的4、6引腳)采用板內5V電源上拉，通過(guò)施密特電路74HC14整形后發(fā)送至接口處理FPGA.當脈沖信號有效時(shí)，光耦前端有電流流過(guò)，接口電路輸出高電平“1”;脈沖信號無(wú)效時(shí)，接口電路輸出低電平“0”。

2.3接口處理

FPGA由于需要對80路脈沖信號進(jìn)行檢測，采用單片機無(wú)法滿(mǎn)足并行處理的需求，因此選用FPGA完成脈沖采樣功能。接口處理FPGA采用Altera公司的FLEX10K50，工作主頻為6 MHz，存儲芯片采用EPC1PC8.其主要功能有三部分：分頻定時(shí)器、采樣數據緩存、外圍控制邏輯。FPGA對主時(shí)鐘進(jìn)行分頻，形成周期為1 ms的時(shí)鐘信號。FPGA每ms對80路脈沖信號完成并行采集一次，將數據存放在寄存器中，同時(shí)向單片機發(fā)出中斷信號，通知單片機發(fā)起數據搬移，以及單片機內部的時(shí)間計數器自增。采樣數據緩存模塊用于將80路脈沖信號同時(shí)鎖存至內部寄存器，單片機每ms全部讀取一次。外圍控制邏輯用于單片機外圍各控制信號的譯碼，包括控制寄存器、各芯片控制信號譯碼，以及其他輔助功能的實(shí)現。

2.4單片機系統

單片機系統采用Atmel公司的AT89C51，配合32KB外部SRAM 62256以及4 KB雙口數據RAMIDT71342.其中，CPCI總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)雙口數據RAM的L端口，8051訪(fǎng)問(wèn)R端口。

單片機工作主頻設計為20 MHz.單片機P0口和P2口作為通用的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)使用，配合地址鎖存器74HC373工作;P1口不使用;P3口中僅使用了P3.2用于接收外部中斷，即來(lái)自接口處理FPGA的中斷。FPGA內部定時(shí)器每ms產(chǎn)生一個(gè)中斷脈沖，用于單片機軟件計時(shí)器的激勵時(shí)鐘，同時(shí)通知單片機讀取脈沖信號接口采樣數據。

單片機的外部地址空間劃分如表1所列。