基于PC/104脈沖高度表綜合檢測系統的研制

1 引言

高度表綜合檢測系統是國產(chǎn)和俄制軍用體制脈沖高度表的自動(dòng)檢測系統。該檢測系統可對機載高度表系統（包括PB-21型高度表系統和雙座機WG-6高度表系統）進(jìn)行綜合性能檢查和調試，是飛機大修廠(chǎng)必備的檢測設備。它既可以將飛機上高度表系統的通電檢查轉移到實(shí)驗臺上進(jìn)行，便于采用多種手段實(shí)施全方位系統測試；又可以對單個(gè)設備進(jìn)行定性檢查和排故，為部隊和工廠(chǎng)提供了方便的測試手段。

2 高度表綜合檢測系統的簡(jiǎn)介

高度表綜合檢測系統以PC/104工業(yè)控制計算機為核心，通過(guò)PC機的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)聯(lián)接不同功能的接口板進(jìn)行自動(dòng)與人工相結合的檢測完成整個(gè)測試過(guò)程。檢測系統功能如方框圖1。

圖1 檢測系統功能方框圖

兩個(gè)高度表有許多檢測項目是相同或相近的，設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)應該放在РВ-21高度表檢測部分的設計上。兩個(gè)檢測設計中的有些部分可以復用，如速度/范圍模擬單元模塊和電壓測量的A/D模塊。在軟件設計中則分別設計了兩個(gè)檢測界面，并根據測試項目和測試流程的不同而編寫(xiě)了檢測程序。檢測設計方面，在完成所有單項檢測的基礎上增加了多個(gè)檢測項目的連續檢測，并對檢測結果提供了保存、查閱和打印等功能。

3 系統硬件電路的設計

3.1系統的組成及功能

檢測儀硬件部分主要由PC/104核心控制系統、串并行碼轉換單元、檢驗組合單元、速率/范圍模擬單元、電壓測量單元等幾部分組成。

串并行碼轉換單元功能主要是將來(lái)自PB-21高度表的32位串行碼（或者是由檢驗組合單元產(chǎn)生的32位模擬串行碼）轉換城并行的二進(jìn)制碼，一路經(jīng)PC/104處理后，送入顯示單元顯示，另一路送檢查碼位電平的檢查孔做人工檢查。

檢驗組合單元由串行碼模擬電路和譯碼電路兩部分組成，串行碼模擬電路的功用是模擬PB-21高度表工作時(shí)產(chǎn)生的32位串行碼，譯碼電路的功用是把從串并行碼轉換單元過(guò)來(lái)的并行二進(jìn)制“地址”碼送到地址信號譯碼器形成地址信號。

速率/范圍模擬單元主要用于模擬PB-21高度表（或WG-6高度表）輸出測距脈沖延遲變化的速率和高度范圍。

電壓測量單元的功能主要是將被測電壓信號取樣后，送入模數轉換電路，經(jīng)轉換后，數據由PC-104總線(xiàn)送入PC/104控制系統，經(jīng)相應優(yōu)化處理，送到顯示單元按數字方式直接顯示。

3.2 串并行碼轉換的CPLD實(shí)現

串并行碼轉換單元電路主要是將來(lái)自РВ-21高度表或者是由綜合檢測儀產(chǎn)生的32位雙極性串行碼轉換成并行的二進(jìn)制碼，串并行碼轉換單元電路包括節拍脈沖產(chǎn)生模塊、碼型變換模塊、分頻模塊、進(jìn)位脈沖和清零脈沖進(jìn)提取模塊、移位寄存器和存儲寄存器等幾部分。如圖4所示，32位雙極性碼經(jīng)電路濾波成單極性碼a碼和b碼后，a碼和b碼相或形成50KHz的連續節拍脈沖。在節拍脈沖的觸發(fā)下依次將輸入數據送入移位寄存器，在進(jìn)位脈沖的觸發(fā)下數據經(jīng)移位寄存器存放至存儲寄存器中，然后數據經(jīng)數據總線(xiàn)送入PC/104處理后到顯示單元顯示。

圖2 串并轉換單元設計結構圖

其中jpmc（節拍脈沖）和fzmc（輔助脈沖）在“進(jìn)位脈沖和清零脈沖提取模塊”中將4位間歇期用8位計數器計數，在計數的第5位形成jwmc（進(jìn)位脈沖）、第8位形成qlmc（清零脈沖）。在jpmc觸發(fā)下將32位串行數據依次送入移位寄存器中，而后在jwmc觸發(fā)下將移位寄存器中的數據一次并行送入存儲寄存器中，形成32位并行碼。最后在jpmc和qlmc觸發(fā)下將“移位寄存器”清零，等候下一個(gè)32位數據的輸入。圖3顯示了串并碼轉換仿真波形。

3.3速率/范圍模擬單元的設計

調整范圍實(shí)現高度表測距范圍程控距離調整。對速率進(jìn)行模擬時(shí)，采用可編程器件和數模轉換器產(chǎn)生頻率可調的三角波電壓發(fā)生器，通過(guò)調整三角波的頻率，就可調整測距脈沖延遲變化的速率。速率和范圍模擬電路設計中共用了一個(gè)D/A數模轉換器件（美國AD公司的AD569）。圖4為控制電路的設計框圖。整個(gè)控制電路的設計思想主要是把模擬信號設計數字化。

圖3 串并碼轉換仿真圖

圖4 控制電路的設計框圖

電路進(jìn)行范圍模擬時(shí)，D/A轉換電路接收計算機16位程控數據輸入；進(jìn)行速率模擬時(shí)，D/A轉換電路接收計數器16位數據輸入。

3.4電壓測量單元的設計

電壓測量單元主要用于完成對PB-21高度表（或WG-6高度表）規定需檢測電壓的測量，并將測量數據及時(shí)準確的返回給PC/104核心控制系統，經(jīng)PC/104處理后，送入顯示單元實(shí)時(shí)顯示。電壓測量單元。圖5為電壓測量原理圖。

圖5 電壓測量原理圖

以測量交流115V電壓為例，對測量流程做簡(jiǎn)要說(shuō)明。當對交流115V電壓進(jìn)行測量時(shí)，首先由計算機發(fā)出指令，控制繼電器組把115V電壓接入測量電路，然后，由計算機進(jìn)行交直流判斷，并發(fā)出接通交流開(kāi)關(guān)指令，交流115V電壓被接入交流取樣電路，取樣后的交流電壓被送入交直流轉換電路完成交直轉換和濾波，轉換后的直流電壓送入A/D轉換器進(jìn)行模數轉換，模數轉換后的數據經(jīng)PC-104總線(xiàn)接口送入計算機進(jìn)行修正和處理，最后送到顯示單元實(shí)時(shí)顯示。

4 軟件系統的設計

采用Borland公司C++Builder 6.0軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，在面向對象的開(kāi)發(fā)思想下，著(zhù)重強化軟件的可靠性，有效性，智能性和自動(dòng)化的特點(diǎn)，并在覆蓋了大修檢測設備全部設備的基礎上，增加了一些重要的輔助檢測功能，比如報表打印，操作權限機制，工藝參數標準定義等。

4.1 人機交互部分

進(jìn)入調度主程序后，針對РВ-21高度表和WG-6高度表檢測而分別設計了兩個(gè)檢測界面。每個(gè)管理主程序大致可分為操作界面設計、狀態(tài)信號檢測模塊、控制信號產(chǎn)生模塊、數據庫管理模塊、顯示管理模塊、硬件操作模塊等若干部分，具體組成見(jiàn)圖6所示。

圖6 檢測軟件結構圖

按檢測要求，在每個(gè)主模塊下面設計功能選項。對軟件中的各個(gè)模塊進(jìn)行功能編寫(xiě)，為每個(gè)模塊中的功能檢測項分配PC/104地址、數據端口，形成子程序。然后在主程序中采取調用子程序的方法完成整個(gè)軟件。

4.2多線(xiàn)程檢測設計

軟件編寫(xiě)采用了多線(xiàn)程的結構體系，讓外部檢測始終運行，數據通過(guò)子線(xiàn)程的執行來(lái)進(jìn)行測量、顯示。從TThread類(lèi)繼承而來(lái)的新類(lèi)TThreadReadMeter,并新建一個(gè)實(shí)例對象，然后編寫(xiě)函數完成檢測РВ-21高度表傳來(lái)的32位串行碼（或16位并行碼）信息和РВ-21（或WG-6）高度表狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示；同樣從TThread類(lèi)繼承而來(lái)的新類(lèi)TThreadReadVol,并新建一個(gè)實(shí)例對象，編寫(xiě)函數完成對檢測項目中對需測電壓信號實(shí)時(shí)測量和顯示，所以在檢測過(guò)程設計三個(gè)線(xiàn)程：

（1）主線(xiàn)程：提供友好的人機對話(huà)界面，響應用戶(hù)的操作指令，集中顯示測量的各種信息；

（2）高度、狀態(tài)信息測量線(xiàn)程：通過(guò)數據接口板接收來(lái)自轉換后的高度表32位串行碼和16位并行碼以及狀態(tài)指令，將其按一定各式轉換成高度、狀態(tài)信息，并實(shí)時(shí)在操作面板上顯示；

（3）電壓、電流測量顯示檢測線(xiàn)程：在檢測中對各各需要測量的電壓信號實(shí)時(shí)測量并在操作面板上顯示。

4.3 接口設計

考慮到本檢測系統對硬件訪(fǎng)問(wèn)的復雜度，本文采用了基本的C語(yǔ)言進(jìn)行對硬件的端口訪(fǎng)問(wèn)。這是因為軟件中對硬件的操作僅止于對端口的讀寫(xiě)，而沒(méi)有DMA，中斷等復雜的操作。所以只要地址正確，就可保證訪(fǎng)問(wèn)的安全性。讀寫(xiě)I/O端口總線(xiàn)的程序如下：

寫(xiě)I/O端口：端口地址為380，nData380為所要寫(xiě)到端口的數據變量：

_Outp(0x380,nData380)；

讀I/O端口：端口地址為386，從端口所讀的數據賦給變量nData386：

_Inp(0x386,nData386)；

5 結束語(yǔ)

綜合檢測儀以PC/104嵌入式計算機為平臺，采用PC-104總線(xiàn)技術(shù)使系統具有軟、硬件設計易于擴展和易于升級等優(yōu)點(diǎn)。硬件電路中數字電路部分的設計采用VHDL語(yǔ)言和FPGA器件來(lái)實(shí)現，降低了電路設計的復雜性，提高了系統集成度和抗干擾能力。利用C++ Builder 6.0先進(jìn)的技術(shù)在完成單項單項檢測的基礎上，實(shí)現了對多個(gè)檢測項目的連續自動(dòng)檢測，提高了檢測的效率。

參考文獻

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