基于PC104的电动投弹器检测系统电路设计

　　摘要： 介绍了一个基于PC104 的数据采集与检测电路的设计，它完成A/D 数据采集、D/A 数字/模拟转换、数字量输入/输出、信号显示卡以及LCD 显示器的控制等功能。PC104 总线信号检测电路对于改进装备故障检测方式具有重大意义。通过对信号波形显示原理以及显示方法的分析，确定了具体的实际方案，完成了功能电路的设计；采用专用接口芯片结合CPLD 的方法实现了PC104 总线的接口协议以及逻辑控制电路；检测系统电路在实际测试过程中能稳定工作，满足设计指标要求。

　　数据采集与检测电路是电动投弹器故障诊断系统中的重要组件，主要完成系统工作过程中采集信号的显示和诊断流程的指示，是重要的人机对话窗口的执行部件。因此，检测电路功能的好坏，直接关系到整个系统最终能否完成工作。

　　为了保证系统的可靠性和轻便性，采用了PC104 工业控制计算机系统，显示采用投弹信号显示卡与小型的液晶显示器（LCD）。

　　1 检测系统电路的功能

　　PC/104 在国际上十分流行， 被IEEE 协会定义为IEEEP996.1.IEEE-P996 是PC 和PC/AT 工业总线规范，是一种优化的、小型堆栈式结构的嵌入式控制系统，适应于携便的测量系统。PC/104 基本上是PC ISA 总线的重新包装。它提供一种机制，将PC 技术嵌入到结实而空间有限的环境中。PC104总线完全与ISA 总线兼容，但具有可堆叠而紧凑（3.6"×3.8"）的模块。

　　采集与控制电路以基于PC104 规范的586 工控机为核心，实现电动投弹器的控制、数据采集、数据处理、结果打印和存储功能，系统原理框图如图1 所示。接收机的模拟输出信号和接收机的状态信息分别由A/D 转换器采集和8 位数字输入端口送入到计算机中；接收机的增益由D/A 转换器输出的模拟电压控制，接收机的通道选择和状态切换由8 位数字量输出端口输出的信号控制；液晶显示器的控制通过并行端口完成， 信号显示系统将显示的信息输入到液晶控制器，由液晶控制器实现显示的控制。

图1 电动投弹器数据采集与控制电路原理框图

　　采集电路主要由8 路12 位的A/D 变换器、3 路12 位的D/A 变换、信号控制器接口、8 位数据输入和输出口。8 路A/D采用MAX197 芯片；3 路D/A 由两片DAC1210 和一片MAX501 实现；LCD 接口与投弹信号显示卡连接， 控制液晶显示屏；输入、输出口分别采用74HC245 八位双向总线收发器和74HC377 八位锁存器。

　　2 系统电路设计与实现

　　2.1 地址分配

　　地址分配由译码电路完成， 译码电路采用了一片74HC138 和一片74HC139,对SA0-SA9 低10 位地址进行译码。PC 机内部地址从300H-35FH 为空地址，因此本系统各端口的地址分配也要符合这一规定。

　　当CPU 总线在非DMA 读写周期，AEN 信号为低电平时选通1/2 片74HC139, 当地址线SA5 和SA8 为高电平，74HC139 第5 脚输出低电平， 同时SA6 为低电平，SA9 为高电平时，74HC138 就被选通。设计中将译码范围分为两段：

　　300H-31FH 和340H-35FH,通常采用SA7 为零的低32 个地址，同时SA7 还用于74HC139 另一半的译码电路中，译出地址作为两片DAC1210 的片选信号。

　　2.2 总线的驱动电路

　　由于PC/104 总线驱动能力只有4 mA,达不到设计的要求，故采用了一片74HC245 对SD0-SD7 进行驱动，同时采用一片74HC32 对PC/104 总线的SA0、IOW（写信号）、IOR（读信号） 进行驱动。在总线的读周期， 总线的读信号变低，使74HC245 的DIR 变低，74HC245 数据传输方向由B 到A,PC/104 的总线就可以从外部端口读入数据； 在写周期则刚好相反，使DIR 变高，74HC245 数据传输方向由A 到B,PC/104 的总线可以往外部端口写数据。经过74HC245 后总线驱动能力可满足系统要求。

　　SA0、IOW（写信号）、IOR（读信号）的驱动是分别经过一个或门与地相或后输出，输出信号与原信号的TTL 电平是一样的，但驱动能力提高了。

　　2.3 A/D 变换电路

　　数据采集是通过A/D 转换电路实现由模拟信号转化为数字信号的过程，A/D 转换电路选用了MAX197 芯片。

　　MAX197 是一个12 位的8 输入通道A/D 转换器。线性度达1/2 LSB,+5 V 单电源供电，可通过编程选择输入电压范围：±10 V、±5 V、0-10 V 或0-5 V,输入过压保护可达±16.5 V,可工作在内采样或外采样模式，转换时间为6 μs.参考源可用内部4.096 V 或外接参考源。时钟方式可选用内时钟或外时钟。MAX197 通过8+4 并行接口实现12 位数据传输。它的A/D 转换功能就是将由软件选择的通道的输入电压转换成12 位数字量，以补码的形式，分别将低8 位、高4 位由一个8位并行口分时输出。A/D 转换电路如图2 所示。

图2 A/D 电路原理图