关于基于PC104的高低压时序信号监测系统.doc
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1、关于基于PC104的高低压时序信号监测系统0 引言随着现代科技的发展,航天系统、武器装备等领域对系统可靠性要求与日俱增1-3。为保证嵌入式控制系统的可靠性,针对嵌入式控制系统的测试尤为重要。针对系统重要的控制信号的检测及分析,直接关系到整个控制系统功能的正确性及安全性,同时在系统研究及生产领域发挥着十分重要的作用,并且不同嵌入式控制系统的输出信号的能力及状态不同。因此,时序信号监测系统的小型化、智能化、通用化是亟待解决的重要课题。PC104是一种嵌入式计算机平台,与PC兼容,具有灵活的可扩展性,其尺寸小、功能强的特点非常适合嵌入式系统的应用4,5。本文基于PC104架构搭建了小型化的时序信号监
2、测系统,以运放AD620实现外界时序信号的处理及转化,以国产BQV300 FPGA完成数字信号数据的采集,通过ISA总线完成数据到主控设备的传输,使用国产SPARC V8处理器完成信号的解析处理。时序信号监测系统对外提供网络通信模块及异步串口通信模块。用户可以根据需要,实现数据与主机之间的通信,最终在上位机软件对各项时序信号进行实时监测及处理。1 系统整体设计本文从硬件设计、软件设计等方面阐述高低压时序信号监测系统的整体设计构架。1.1 硬件组成高低压时序信号监测系统可以进行定制化组合。主要由主控单元模块、高低压测量模块、电源模块、测试电缆等组成。高低压时序测量模块可随意增减,每个高低压测量模
3、块可以20路信号测量,以100路为例,硬件组成框架如图1所示。测量系统各个模块采用标准PC104结构设计,通过ISA总线进行主控计算机及高低压时序采集模块的信息通信,其功能可实现对电压信号脉冲及恒流信号脉冲的测量。1.2 功能设计1.2.1 主控模块功能主控计算机模块是整个时序监测系统的对内对外控制中心。其主要由CPU、SDRAM、ISA总线转换、Flash、以太网、扩展UART、PWM、总线驱动、电源变换等9个功能子模块组成。主控计算机模块是面向控制应用,采用国产化SPARC V8处理器而研制的一种兼容PC/104规范的嵌入式计算机模块。该模块采用国产SPARC-V8处理器BM3110,支持
4、VxWorks操作系统,对外提供交互支持。设计采用PC104主从模式控制模式,对内与高低压信号采集模块进行实时的数据传输,对外提供多元的交互通信通道,供操作者获取采样数据信息,具体结构如图2所示。主控模块通过FPGA扩展接口输出,支持PC104总线16/8位模式,实现了128 MB SDRAM和256 MB Flash存储器,3路RS232串行通信接口,2路可冗余备份10 M/100 M自适应以太网接口。支持VxWorks操作系统,实现了TFFS文件系统。在整个时序信号监测系统起着信息数据承上启下的作用,是整个系统的核心模块。1.2.2 从设备模块功能高低压信号采集模块是整个测试系统的功能机理
5、实现模块,作为从设备实现20路模拟信号转化采集测量功能。本模块由继电器控制板卡测量模式转化,通过运放调理电路对信号进行放大和转换,光耦隔离电路进行信号隔离,国产FPGA电路实现时序信号处理、存储和传输。限于空间、体积的要求,设计实现两块板卡组成PC104高低压时序测量模块,原理框图如图3所示。模块分为数字电路板卡及模拟电路板卡,两块板卡之间信号通过接插件连接。模拟电路板卡主要为模拟电路,核心器件包括继电器、放大电路、基准电路、比较器,主要功能为实现信号切换和处理功能。数字电路板卡主要为数字电路,核心器件为FPGA、光耦、电源模块,主要提供信号控制及与PC104主板通信接口功能。模拟电路板卡在硬
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