CPLD+LF441火箭炮炮口压力场高速测试方法研究(2)
4.1.1 采用典型的数据采集系统构成20
4.1.2 本课题数据采集系统的实现方案20
4.2 前级电荷放大电路设计21
4.2.1 电荷放大器特性概述 21
4.2.2 电荷放大电路设计 23
4.3 数据采集系统硬件设计 25
4.3.1 转换电路概述25
4.3.2 转换转换器工作原理25
4.3.3 A/D转换器的主要技术参数 25
4.3.4 CPLD控制电路设计28
4.3.5 数据存储电路设计30
4.3.6 数据传输接口设计32
4.3.7 数据传输接口的选择33
4.4 小结 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 引言
近年来，由于计算机技术的蓬勃发展以及微电子层面的深入研究，数字系统技术被广泛的运用到了社会的各个层面，在国防建设，社会生产和实验研究中做出了巨大的贡献。数字系统在精度度，稳定性方面比模拟系统具有更大的天然优势，但是数字系统却有一个巨大的短板，不能对连续信号进行有效的处理。外部信息通过传感器转换之后，产生的信号中电压与电流类模拟信号占据了绝大多数比例。我们常常用到数据采集系统达成需要的任务。把模拟信号转化为数字信号，之后进行处理、存储、显示、记录的过程叫做数据采集（Data Acquisition），进行这项工作的系统叫做数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）。如图1－1的所示就是数据采集系统的精简框图：模拟信号，表现形式上与数字信号截然不同的信号，其不是离散信号。调理电路处理模拟信号后，使用数采系统将模拟信号转化为数字信号，在将数字信号送入计算机，然后计算机把接受到的信号进行有效的处理。以上转化过程当中，二进制数码需要先转化成连续型时间脉冲信号，平滑滤波器消除相邻脉冲信号间的间隙，将数字信号再一次转变为需要的模拟信号。
图1.1 数据采集系统简化框图
近年来，由于科学技术的高速发展以及人类对于外界环境的深入的了解，我们对数据采集的各向指标有了更为严格的硬性指标。当今电子系统通常是处理各种大容量，高速度的数据信号流，并且在处理信息流时具有同步性。外界信息的处理需要细微化，准确化。与高速数据采集系统相比，老旧的的低速数据采集系统在如今的信息处理领域已经远远难以达到要求。在很多的应用环境下，信号往往很短暂，具有瞬态性。通常来说，数据采集系统表现出现场能实时快速采集并存储数据，事后能够回收处理再现所需数据的特点。
1.2 本课题的应用背景
本文中处理的信号是火箭炮炮口压力场，这个信号具有瞬态性。测试环境与数据具有下面几个特性：测量过程中的信号都是在一个极短的时间间隔内产生的，需要在极短时间内测出一组实验数据；火箭炮发射后炮口附近会产生高温高压气体，冲击附近的传感器，在如此恶劣的测量条件下，我们需要对数据采集系统进行合理的设计，使其在那样的环境下测出精确的数据。火箭炮炮口压力场测试需要一个空旷的室外场地，在这种情况下，为了试验测试的方便，我们需要把测试系统进行微型化处理，测试的结果可以在室外条件下通过随身笔记本进行现场实时处理，并且保存在计算机中。
上一代测试系统普遍采用的采集测试顺序是：压电式压力传感器→电荷放大器→瞬态信号记录仪→单片机。以这样的方式进行测试的话，压力传感器就将安装在火箭炮炮口的同心圆上，并把电荷放大器、瞬态信号记录仪及单片机安放在远离炮口的一个不受影响的区域，本质上是一种把电压模拟信号通过快速采样与比较转化为一个数字化信号，并把所得的信号存储于存储器中的数据采集系统，是近些年来开发的一项新的动态参数测量和记录设备。因此在这个课题中我将使用当前颇受欢迎的ASIC集成电路技术与存储测试技术，开发一种可以测试火箭炮炮口压力场的存储测试装置。这个装置达成数据的高速采集和存储的目的，内含压力传感器、电荷放大器、A/D转换器、存储器等各个部件。经过这些部件处理产生的最终信号通过接口电路送入计算机进行数据处理。与一般的测试装置相比我所设计的装置在以下方面具有较大优势：体积微小，耗能低，测量量程宽泛，承受的过载大，无需外部引线，可以耐受较高温度影响，并能自动触发。