基于PC104總線(xiàn)的雷達信號顯示卡的設計與實(shí)現

　　0 引言

　　信號顯示卡是雷達嵌入式故障診斷系統中的重要組件，主要完成系統工作過(guò)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(huà)窗口的執行部件。因此，顯示卡功能的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)系統最終能否完成工作。

　　1 系統硬件設計與實(shí)現

　　如圖1所示，該顯示卡的硬件電路主要由輸入匹配網(wǎng)絡(luò )、模數轉換單元、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、時(shí)序產(chǎn)生電路、控制信號產(chǎn)生模塊和顯示單元組成。

圖1 顯示卡硬件電路示意圖。

　　輸入的模擬信號經(jīng)緩沖放大以后進(jìn)入模數變換器AD9054，其最高采樣速率為200Ms/s，具有380MHz的模擬輸入帶寬。它有兩個(gè)采集數據輸出端口(Port A和Port B)，可以選用單端口輸出或雙端*替乒乓輸出。A/D轉換后輸出的數據經(jīng)兩路鎖存器鎖存以滿(mǎn)足后續存儲器的高速寫(xiě)入。

　　如圖1所示，系統時(shí)序產(chǎn)生控制電路產(chǎn)生系統時(shí)鐘并協(xié)調系統各部分工作步驟，它根據A/D變換采樣時(shí)鐘以及A/D變換器輸出接口時(shí)序的要求，產(chǎn)生鎖存器的鎖存時(shí)鐘，并以適當的延遲量提供存儲器的讀寫(xiě)脈沖。時(shí)序產(chǎn)生電路還提供地址產(chǎn)生器和記錄長(cháng)度計數器的計數時(shí)鐘。系統初始化后，A/D變換就開(kāi)始進(jìn)行，采集到的數據不斷寫(xiě)入存儲器，這時(shí)時(shí)序產(chǎn)生電路僅向地址產(chǎn)生器提供時(shí)鐘源，使其作"+1"操作，這樣存儲器地址遞增翻轉。當觸發(fā)邏輯被觸發(fā)后，時(shí)序產(chǎn)生電路使能記錄長(cháng)度計數器工作，并提供采樣時(shí)鐘作為計數時(shí)鐘源。記錄長(cháng)度計數器到用戶(hù)設定的記錄長(cháng)度時(shí)，時(shí)序產(chǎn)生電路就關(guān)斷時(shí)鐘開(kāi)關(guān)，使存儲器停止翻轉，同時(shí)向PC機申請數據傳輸。當PC機以某種形式讀取采集數據時(shí)，時(shí)序產(chǎn)生電路又根據PC104總線(xiàn)讀取操作提供存儲器讀出地址翻轉時(shí)鐘，將存儲器的內容按采集記錄的相反順序讀出。

　　圖1中的虛線(xiàn)框內包含的邏輯被集成在一片大規模高速可編程邏輯器件EP1K30內。其中觸發(fā)邏輯、記錄長(cháng)度計數器和地址產(chǎn)生器密切配合使系統按設定的方式工作。觸發(fā)方式由軟件觸發(fā)，示波器卡一經(jīng)運行就自動(dòng)地不斷抓取波形；外輸入觸發(fā)需要一個(gè)外輸入TTL邏輯信號，待設定的邏輯信號沿到來(lái)時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)；信號電平觸發(fā)是根據被采集信號的幅度值到或超過(guò)設定的電平值時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)。信號電平觸發(fā)的實(shí)現通過(guò)高速邏輯信號比較器實(shí)時(shí)監測A/D變換器的輸出結果，當比較結果大于或小于設定基準值時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)。為了能夠實(shí)現預期觸發(fā)，地址產(chǎn)生器和記錄長(cháng)度計數器相互結合使用。地址產(chǎn)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向環(huán)形計數器，如圖2所示，其順時(shí)針?lè )较虻刂愤f增數據寫(xiě)入，逆時(shí)針向地址遞減數據讀出。

圖2 不同觸發(fā)記錄方式的實(shí)現。

　　計算機通過(guò)PC104總線(xiàn)設置顯示卡的工作方式和讀取采集到的數據。為了多通道同時(shí)使用，每個(gè)顯示器卡有一通道號，軟件逐個(gè)設置好各通道狀態(tài)后可以同時(shí)或分別使能觸發(fā)。各通道的外觸發(fā)輸入可用于多通道在同一觸發(fā)時(shí)刻采樣記錄。PC機可通過(guò)I/O、DMA、中斷等多種方式與示波器卡進(jìn)行通訊或采樣數據讀取。

　　2 系統軟件設計

　　顯示卡的整個(gè)結構是由PC104總線(xiàn)接口電路和功能電路兩部分構成的，而功能電路部分單片機是核心，因此單片機軟件的編寫(xiě)也是一個(gè)很重要的部分。單片機的程序是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，主要結構如下：

　　(1)和上位機的通信程序。其中包括讀取上位機的命令，把測試數據傳送給上位機，報告功能電路的狀態(tài)。

　　(2)功能函數。其中包括AD采集程序、設置量程、復位、自動(dòng)調零、自檢、中斷服務(wù)程序等等。

　　因此，顯示卡軟件由主程序和中斷程序組成，程序如框圖3和圖4所示。

　　主程序完成開(kāi)辟與遙控幀格式一致的數據區域、芯片的初始化以及串行異步數據的發(fā)送和接收。串行異步數據發(fā)送接收期間，MPU會(huì )關(guān)閉中斷0和1，但這并不會(huì )影響MPU對按鍵的相應和處理。當82C79檢測到有按鍵按下時(shí)，要么能夠在數據發(fā)送完畢后的時(shí)間空隙內申請中斷并得到處理，要么多等待30ms，而后請求中斷并得到處理。

　　多出來(lái)的30ms與下一次按鍵的時(shí)間間隔(最少為幾百毫秒)相比少得多，因此關(guān)閉中斷的過(guò)程不影響按鍵的處理。

　　中斷程序/INT0中，MPU將讀取82C79中的鍵值，并判斷按鍵類(lèi)型。當按鍵為普通按鍵時(shí)，MPU并不改變82C79的工作方式，只將按鍵對應的指令代碼填充到數據區域的相應字節位，并將R4賦值#01H。當按鍵為"長(cháng)按"按鍵時(shí)，MPU將指令代碼填充到數據區域的相應字節位后，會(huì )立即改變82C79的工作方式，將其設置在傳感器掃描工作方式。當"長(cháng)按"按鍵斷開(kāi)時(shí)，由于傳感器矩陣發(fā)生了變化，82C79能再次通過(guò)IRQ信號通知MPU。再次進(jìn)入中斷程序時(shí)，MPU將82C79的工作方式再改回到鍵盤(pán)掃描方式后，才將R4賦值#01H，至此一個(gè)完整的按鍵過(guò)程完成。對于配合旋鈕開(kāi)關(guān)的"長(cháng)按"按鍵，按鍵閉合的時(shí)候，MPU還需要打開(kāi)A/D轉換；按鍵斷開(kāi)時(shí)，MPU則要關(guān)閉A/D轉換。

　　中斷程序T0中，每經(jīng)過(guò)兩次中斷即80ms(MPU的工作頻率決定了其最大定時(shí)到達不了80ms)，MPU就將串行數據發(fā)送指針置位。

　　3 結論

　　解決PC104總線(xiàn)數據傳輸的瓶頸問(wèn)題，合理分配硬件資源。PC104總線(xiàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、易于開(kāi)發(fā)，但其傳輸速率較慢。通過(guò)實(shí)際應用證明基于PC104總線(xiàn)雷達信號顯示卡的設計能克服以上設計缺陷，特別是能充分滿(mǎn)足便攜式設計特點(diǎn)的要求，適應維修訓練要求。