基于ISA总线的脉宽测量电路的设计与实现

基于ISA总线的脉宽测量电路的设计与实现
李金猛
【摘要】介绍基于ISA总线脉宽测量板卡的设计与实现,电路设计运用信号波形变换电路将阶梯波变换为单脉冲,并通过基于FPGA设计实现对上述变换后的单脉宽的时间测量,测试表明设计方法合理有效.
【期刊名称】《长沙航空职业技术学院学报》
【年(卷),期】2011(011)002
【总页数】3页(P34-36)
【关键词】阶梯波形;脉冲宽度;EPF10K10LC84;ISA
【作者】李金猛
【作者单位】国营芜湖机械厂,安徽芜湖,241007
【正文语种】中文
【中图分类】TM133
检测设备在检测某型飞机上的应急投放装置时常需要对产品输出信号的时间特性进行测量，特别是涉及到部分产品中所产生的阶梯波脉冲宽度的测量，如图1给出的这种阶梯波形时间特性的示意图，其中T1和T2表示时间脉冲宽度，T3表示一个测试工作步骤中总脉冲宽度，以前检测设备通常外接示波器测量产品所产生的阶梯波形的宽度，每次读取费时费力。

本文自行设计的阶梯波形脉宽测量板卡可以自动准确读取整个波形时间，节省人力与时间。

1 阶梯波脉宽测量电路的工作原理
阶梯波脉宽的测量主要通过检测阶梯电压的变化后通过波形变换为多个单一脉冲，而后应用通用计数器及基准时钟脉冲测量脉冲宽度的原理来测量变换后的脉冲宽度以便实现整个时间的测量，具体原理如图2所示。

被测脉冲T作为测量的控制信号，当被测脉冲上升沿来后，控制与门开通，计数器对基准时钟脉冲进行计数;在
被测脉冲下降沿来后，控制与门关闭，计数器停止计数。

因而，被测脉冲宽度T
由计数器的计数值M和基准时钟脉冲周期 T0 确定。

即:T=M ×T0。

［1］
图1 阶梯波形图
图2 阶梯波形测量原理图
2 主要硬件电路
阶梯波形的测量电路主要由波形变换电路、脉宽测量电路、ISA接口电路三部分组成。

现分别对其加以介绍。

2.1 波形变换电路
波形变换主要将检测阶梯波中跳变来实现其信号的变换，原理图如图3所示，考
虑到阶梯波形在电压跳变处涉及到电压的变化，原理图中的门限检测电路就是限定阶梯波形的门限电压从而将跳变出检测出来，而后通过门电路变换成标准的单脉冲波形。

图3 阶梯波形变换原理图
波形变换在输入端输入模拟的阶梯波，通过具体的测试电路，其最终波形变换测试结果如图4所示，黄色部分表示输入阶梯波，在波形跳变出检测出对应的单脉冲，输出波形如蓝色和红色两部分。

图4 阶梯波信号产生测试图
2.3 ISA 接口电路
本设计所涉及到的ISA接口部分主要涉及到ISA数据总线的控制，这里应用
MAXPLUSEII的图
3 脉宽测量电路
变换后的脉冲测量是设计一种逻辑电路检测单脉冲的上升沿和下降沿分别产生两个单脉冲，各自完成基准脉冲的计数和计数输出的控制，整个测量原理如图5所示。

图5 单脉冲测量组成框图
图6给出了单脉冲测试电路的仿真测试波形，其中f0脉冲的宽度为738ms，本设计中所选择的t0频率为1Khz(周期1ms)，其中C0和d0分别为检测到f0后所形成的两个单脉冲，C0主要开始计数器的初始清零和计数工作，d0主要用于计数输出的控制。

仿真波形中可以看出f0的宽度为738ms，可以知道其计数输出应为738，对应的16进制为2E2，仿真波形中可以看出qq［11..0］的输出值为2E2。

［2］形编辑方式完成数据总线的控制，以IO映射的方式实现对该卡的控制，其
具体硬件原理框图如图7所示，按照原理图可以看出写地址230主要实现所选通
道的单脉冲计数输出的选择，通过读地址231所对应的 qq［7..0］和读地址232
所对应的 qq［11..8］完成总线上的数据读出。

［3－4］
图6 单脉冲测试仿真图
图7 ISA硬件原理框图
4 仿真测试情况
仿真波形测试如图8所示，SIG1A和SIG1B分别为门限检测电路输出的信号，后续此两信号经过图7中的与或门形成单一脉冲，写230地址所对应的数据0X0D，完成第6通道的计数输出选择，读地址231和232完成数据缓存输出到数据总线上。

［5］
图8 图波形测试仿真图
5 结束语
采用文中波形整形和时序逻辑电路两种方法结合使用完成阶梯波脉宽的时间测量，
方法简单实用，节约了外接示波器测量阶梯波脉宽的成本，经波形仿真实践证明此方法可行。

参考文献:
［1］康华光.电子技术基础数字部分［M］.北京:高等教育出版社，2000.
［2］张毅.测量与控制电路［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2009.
［3］蒋志峰，蒋伟峰，刘济林.基于ISA总线接口电路的设计及研究［J］.实验室研究与探索，2000，(1).
［4］宋建成.可编程逻辑器件原理与应用［M］.北京:科学出版社，2004.
［5］冯涛，可编程逻辑器件开发技术－MAX+plusll入门与提高［M］.北京:人民邮电出版社，2005.。