基于PC/104脈沖高度表綜合檢測系統的研制

1 引言

高度表綜合檢測系統是國產和俄制軍用體制脈沖高度表的自動檢測系統。該檢測系統可對機載高度表系統（包括PB-21型高度表系統和雙座機WG-6高度表系統）進行綜合性能檢查和調試，是飛機大修廠必備的檢測設備。它既可以將飛機上高度表系統的通電檢查轉移到實驗臺上進行，便于采用多種手段實施全方位系統測試；又可以對單個設備進行定性檢查和排故，為部隊和工廠提供了方便的測試手段。

2 高度表綜合檢測系統的簡介

高度表綜合檢測系統以PC/104工業控制計算機為核心，通過PC機的地址總線和數據總線聯接不同功能的接口板進行自動與人工相結合的檢測完成整個測試過程。檢測系統功能如方框圖1。

圖1 檢測系統功能方框圖

兩個高度表有許多檢測項目是相同或相近的，設計的重點和難點應該放在РВ-21高度表檢測部分的設計上。兩個檢測設計中的有些部分可以復用，如速度/范圍模擬單元模塊和電壓測量的A/D模塊。在軟件設計中則分別設計了兩個檢測界面，并根據測試項目和測試流程的不同而編寫了檢測程序。檢測設計方面，在完成所有單項檢測的基礎上增加了多個檢測項目的連續檢測，并對檢測結果提供了保存、查閱和打印等功能。

3 系統硬件電路的設計

3.1系統的組成及功能

檢測儀硬件部分主要由PC/104核心控制系統、串并行碼轉換單元、檢驗組合單元、速率/范圍模擬單元、電壓測量單元等幾部分組成。

串并行碼轉換單元功能主要是將來自PB-21高度表的32位串行碼（或者是由檢驗組合單元產生的32位模擬串行碼）轉換城并行的二進制碼，一路經PC/104處理后，送入顯示單元顯示，另一路送檢查碼位電平的檢查孔做人工檢查。

檢驗組合單元由串行碼模擬電路和譯碼電路兩部分組成，串行碼模擬電路的功用是模擬PB-21高度表工作時產生的32位串行碼，譯碼電路的功用是把從串并行碼轉換單元過來的并行二進制“地址”碼送到地址信號譯碼器形成地址信號。

速率/范圍模擬單元主要用于模擬PB-21高度表（或WG-6高度表）輸出測距脈沖延遲變化的速率和高度范圍。

電壓測量單元的功能主要是將被測電壓信號取樣后，送入模數轉換電路，經轉換后，數據由PC-104總線送入PC/104控制系統，經相應優化處理，送到顯示單元按數字方式直接顯示。

3.2 串并行碼轉換的CPLD實現

串并行碼轉換單元電路主要是將來自РВ-21高度表或者是由綜合檢測儀產生的32位雙極性串行碼轉換成并行的二進制碼，串并行碼轉換單元電路包括節拍脈沖產生模塊、碼型變換模塊、分頻模塊、進位脈沖和清零脈沖進提取模塊、移位寄存器和存儲寄存器等幾部分。如圖4所示，32位雙極性碼經電路濾波成單極性碼a碼和b碼后，a碼和b碼相或形成50KHz的連續節拍脈沖。在節拍脈沖的觸發下依次將輸入數據送入移位寄存器，在進位脈沖的觸發下數據經移位寄存器存放至存儲寄存器中，然后數據經數據總線送入PC/104處理后到顯示單元顯示。

圖2 串并轉換單元設計結構圖

其中jpmc（節拍脈沖）和fzmc（輔助脈沖）在“進位脈沖和清零脈沖提取模塊”中將4位間歇期用8位計數器計數，在計數的第5位形成jwmc（進位脈沖）、第8位形成qlmc（清零脈沖）。在jpmc觸發下將32位串行數據依次送入移位寄存器中，而后在jwmc觸發下將移位寄存器中的數據一次并行送入存儲寄存器中，形成32位并行碼。最后在jpmc和qlmc觸發下將“移位寄存器”清零，等候下一個32位數據的輸入。圖3顯示了串并碼轉換仿真波形。

3.3速率/范圍模擬單元的設計

調整范圍實現高度表測距范圍程控距離調整。對速率進行模擬時，采用可編程器件和數模轉換器產生頻率可調的三角波電壓發生器，通過調整三角波的頻率，就可調整測距脈沖延遲變化的速率。速率和范圍模擬電路設計中共用了一個D/A數模轉換器件（美國AD公司的AD569）。圖4為控制電路的設計框圖。整個控制電路的設計思想主要是把模擬信號設計數字化。

圖3 串并碼轉換仿真圖

圖4 控制電路的設計框圖

電路進行范圍模擬時，D/A轉換電路接收計算機16位程控數據輸入；進行速率模擬時，D/A轉換電路接收計數器16位數據輸入。

3.4電壓測量單元的設計

電壓測量單元主要用于完成對PB-21高度表（或WG-6高度表）規定需檢測電壓的測量，并將測量數據及時準確的返回給PC/104核心控制系統，經PC/104處理后，送入顯示單元實時顯示。電壓測量單元。圖5為電壓測量原理圖。

圖5 電壓測量原理圖

以測量交流115V電壓為例，對測量流程做簡要說明。當對交流115V電壓進行測量時，首先由計算機發出指令，控制繼電器組把115V電壓接入測量電路，然后，由計算機進行交直流判斷，并發出接通交流開關指令，交流115V電壓被接入交流取樣電路，取樣后的交流電壓被送入交直流轉換電路完成交直轉換和濾波，轉換后的直流電壓送入A/D轉換器進行模數轉換，模數轉換后的數據經PC-104總線接口送入計算機進行修正和處理，最后送到顯示單元實時顯示。

4 軟件系統的設計

采用Borland公司C++Builder 6.0軟件開發環境，在面向對象的開發思想下，著重強化軟件的可靠性，有效性，智能性和自動化的特點，并在覆蓋了大修檢測設備全部設備的基礎上，增加了一些重要的輔助檢測功能，比如報表打印，操作權限機制，工藝參數標準定義等。

4.1 人機交互部分

進入調度主程序后，針對РВ-21高度表和WG-6高度表檢測而分別設計了兩個檢測界面。每個管理主程序大致可分為操作界面設計、狀態信號檢測模塊、控制信號產生模塊、數據庫管理模塊、顯示管理模塊、硬件操作模塊等若干部分，具體組成見圖6所示。

圖6 檢測軟件結構圖

按檢測要求，在每個主模塊下面設計功能選項。對軟件中的各個模塊進行功能編寫，為每個模塊中的功能檢測項分配PC/104地址、數據端口，形成子程序。然后在主程序中采取調用子程序的方法完成整個軟件。

4.2多線程檢測設計

軟件編寫采用了多線程的結構體系，讓外部檢測始終運行，數據通過子線程的執行來進行測量、顯示。從TThread類繼承而來的新類TThreadReadMeter,并新建一個實例對象，然后編寫函數完成檢測РВ-21高度表傳來的32位串行碼（或16位并行碼）信息和РВ-21（或WG-6）高度表狀態信息實時顯示；同樣從TThread類繼承而來的新類TThreadReadVol,并新建一個實例對象，編寫函數完成對檢測項目中對需測電壓信號實時測量和顯示，所以在檢測過程設計三個線程：

（1）主線程：提供友好的人機對話界面，響應用戶的操作指令，集中顯示測量的各種信息；

（2）高度、狀態信息測量線程：通過數據接口板接收來自轉換后的高度表32位串行碼和16位并行碼以及狀態指令，將其按一定各式轉換成高度、狀態信息，并實時在操作面板上顯示；

（3）電壓、電流測量顯示檢測線程：在檢測中對各各需要測量的電壓信號實時測量并在操作面板上顯示。

4.3 接口設計

考慮到本檢測系統對硬件訪問的復雜度，本文采用了基本的C語言進行對硬件的端口訪問。這是因為軟件中對硬件的操作僅止于對端口的讀寫，而沒有DMA，中斷等復雜的操作。所以只要地址正確，就可保證訪問的安全性。讀寫I/O端口總線的程序如下：

寫I/O端口：端口地址為380，nData380為所要寫到端口的數據變量：

_Outp(0x380,nData380)；

讀I/O端口：端口地址為386，從端口所讀的數據賦給變量nData386：

_Inp(0x386,nData386)；

5 結束語

綜合檢測儀以PC/104嵌入式計算機為平臺，采用PC-104總線技術使系統具有軟、硬件設計易于擴展和易于升級等優點。硬件電路中數字電路部分的設計采用VHDL語言和FPGA器件來實現，降低了電路設計的復雜性，提高了系統集成度和抗干擾能力。利用C++ Builder 6.0先進的技術在完成單項單項檢測的基礎上，實現了對多個檢測項目的連續自動檢測，提高了檢測的效率。

參考文獻

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