基于LabWindows/CVI和SoC单片机的脉冲采集分析系统设计

钱正

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖241007）

1 引言

无源干扰是机载电子对抗系统的重要组成部分，无源干扰是作战飞机执行任务时，通过投放箔条干扰弹和红外弹，为摆脱敌方跟踪而进行的一种高效的干扰方式。

某型飞机无源干扰设备由控制盒、控制组件、转换组件和发射器4种38个LRU组成，其中转换组件负责接收控制组件的组件选择编码和数据指令，同时转换组件根据组件选择编码相应信息，形成时钟信号，送给控制组件。转换组件再根据数据指令，产生48路大电流点火指令，并分配到发射器的相应触点上，进行箔条弹或红外弹的投放。为实现转换组件产生的48路点火脉冲进行性能检查，亟需设计一套分析系统对脉冲间隔、脉冲宽度、脉冲幅度等参数进行检查。传统的脉冲测量手段，一般通过信号调理电路配上多块A/D转换卡完成信号的采集、转换，设计复杂、成本较高。本文基于LabWindows/CVI和高速SoC单片机搭建了一套脉冲采集分析系统[1]。该系统以C8051F020微控制器为核心，配合简单的外围电路，实现了对脉冲信号的参数采集检测。

2 系统总体设计及工作原理

整个系统以SoC单片机C8051F020为主控制器，对转换组件产生的脉冲信号进行采集、分析，其系统组成如图1所示。主要由被测件（转换组件）、信号调理电路、RS232通信电路和LabWindows/CVI虚拟仪器等几部分组成[2]。在本系统中，利用单片机内部的ADC模块把经过调理后的模拟量转换成数字量，利用RS-232串口传送到虚拟仪器。在虚拟仪器上可以方便地对采集的数据进行记录分析，系统上位机基于LabWindows/CVI虚拟仪器为平台编程，软件设计采用模块化结构自顶向下设计，界面友好、操作简单，便于维护和扩展[3]。

图1 系统总体方案框图

3 硬件设计

3.1 48路脉冲信号调理电路的设计

由被测件输出的48路脉冲信号，通过测试电缆送入到信号调理电路。信号调理电路由48路二极管以及共用的稳压二极管组成，通过限流电阻，送达单片机的端口，进行模数转换或信号采集，如图2所示。

图2 信号调理电路示意图

3.2 电平转换电路的设计

被测件输出的离散信号为27 V电压，需要进行电平转换，供单片机采集处理。电平转换电路如图3所示。

图3 电平转换电路

3.3 电源模块的设计

SoC型C8051F020单片机采用3.3 V电压供电，模拟电源和数字电源分别供电，为保证模拟电源和数字电源分开，避免它们之间的相互干扰，电源模块采用朝阳电源生产的产品，电源模块主要指标要求如下：输入220 V/50 Hz，2路独立输出+5 V、+3.3 V电源。即满足了单片机的供电要求，又具有抗干扰功能。

3.4 RS232接口电路的设计

由于单片机输入、输出电平是TTL电平，而PC机配置的是RS232标准串口接口，二者的电气规范不一致，要实现单片机与上位机的数据通信，需要进行电平转换[4]。本系统的单片机串口通信电路使用MAX3232ESE总线收发器，配以简单的外围电路，通过串行口接头DB9，完成数据交换，如图4所示。

图4 单片机的RS232接口电路

3.5 C8051F020单片机

系统选用C8051F020作为微控制器。C8051F020是完全集成混合信号片上系统（SoC）型单片机，运行速度快，采样速率高。该单片机具有64个数字I/O引脚、内部含有1个真正12位的8通道ADC（带PGA和模拟多路开关）、1个真正8位500 ksps的ADC（带PGA和8通道模拟多路开关）、5个16位的计数器/定时器、两个全双工UART、64 K字节可在系统编程的FLASH存储器、片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器，丰富的内部结构可以实现多功能的电路设计，完全可以满足系统设计要求。

片内JATG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品进行非侵入式、全速在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器。支持断点、观察点、单步及运行和停机命令[5]。

4 软件设计

4.1 软件测试主流程

测试软件主流程如图5 所示。上电后单片机初始化，初始化结束后，开启串口中断，接收上位机发来的数据，按照约定的通信协议进行数字位判读，全部通过时置接收标志位，进入TEST 线程，对RecDat[0]进行判读，进入相应的子线程，返回主程序、将自检结果或者将脉冲测量数据上报上位机，上位机处理后，显示给用户。

图5 软件测试主流程图

4.2 单片机初始化流程

单片机是否能正常运行操作，对其各资源的初始化配置是关键，直接影响其任务的完成。关闭看门狗，设定与计时器、中断、串口相关的特殊功能寄存器，配置I/O以及设置交叉开关控制寄存器，打开中断，开始主程序循环。初始化流程如图6所示。

4.3 接收上位机数据流程

单片机转入串口中断服务程序，判断是接收中断还是发送中断，进行通信协议的头字节和数据位的判断，符合协议要求后，转入TEST线程。接收上位机数据流程如图7所示。

5 结束语

该采集系统运用了SoC单片机技术、LabWindows/CVI虚拟仪器技术成功实现了转换组件48路脉冲信号的数据采集与分析。实践证明，该系统可应用于多种场合，实现实时的高精度数据采集与分析，是通用的数据采集分析系统。系统具有精度高、操作灵活、可扩展性强的特点，能够满足系统数据采集分析的要求，相比传统的数据采集系统降低了设计成本，具有良好的实用价值和较强的推广价值。

图7 接收上位机数据流程图