摘要：PC104總線雷達信號顯示卡是將基于PC104總線的虛擬儀器技術應用于通用雷達嵌入式診斷組合中信號的顯示，對于改進雷達裝備故障檢測方式具有重大意義。通過對信號波形顯示原理以及顯示方法的分析，確定了具體的實際方案，完成了功能電路的設計；采用專用接口芯片結合CPLD的方法實現了PC104總線的接口協議以及邏輯控制電路，最后編寫了相關的軟件程序；顯示卡在實際測試過程中能穩定工作，滿足設計指標要求。
關鍵詞：PC104總線：顯示卡；信號采集
0 引言
信號顯示卡是雷達嵌入式故障診斷系統中的重要組件，主要完成系統工作過程中采集信號的顯示和診斷流程的指示，是重要的人機對話窗口的執行部件。因此，顯示卡功能的好壞，直接關系到整個系統最終能否完成工作。
1 系統硬件設計與實現
如圖1所示，該顯示卡的硬件電路主要由輸入匹配網絡、模數轉換單元、時鐘產生電路、時序產生電路、控制信號產生模塊和顯示單元組成。
輸入的模擬信號經緩沖放大以后進入模數變換器AD9054，其最高采樣速率為200Ms／s，具有380MHz的模擬輸入帶寬。它有兩個采集數據輸出端口(Port A和Port B)，可以選用單端口輸出或雙端口交替乒乓輸出。A／D轉換后輸出的數據經兩路鎖存器鎖存以滿足后續存儲器的高速寫入。
如圖1所示，系統時序產生控制電路產生系統時鐘并協調系統各部分工作步驟，它根據A／D變換采樣時鐘以及A／D變換器輸出接口時序的要求，產生鎖存器的鎖存時鐘，并以適當的延遲量提供存儲器的讀寫脈沖。時序產生電路還提供地址產生器和記錄長度計數器的計數時鐘。系統初始化后，A／D變換就開始進行，采集到的數據不斷寫入存儲器，這時時序產生電路僅向地址產生器提供時鐘源，使其作“+1”操作，這樣存儲器地址遞增翻轉。當觸發邏輯被觸發后，時序產生電路使能記錄長度計數器工作，并提供采樣時鐘作為計數時鐘源。記錄長度計數器到用戶設定的記錄長度時，時序產生電路就關斷時鐘開關，使存儲器停止翻轉，同時向PC 機申請數據傳輸。當PC機以某種形式讀取采集數據時，時序產生電路又根據PC104總線讀取操作提供存儲器讀出地址翻轉時鐘，將存儲器的內容按采集記錄的相反順序讀出。
圖1中的虛線框內包含的邏輯被集成在一片大規模高速可編程邏輯器件EP1K30內。其中觸發邏輯、記錄長度計數器和地址產生器密切配合使系統按設定的方式工作。觸發方式由軟件觸發，示波器卡一經運行就自動地不斷抓取波形；外輸入觸發需要一個外輸入TTL邏輯信號，待設定的邏輯信號沿到來時產生觸發；信號電平觸發是根據被采集信號的幅度值到或超過設定的電平值時產生觸發。信號電平觸發的實現通過高速邏輯信號比較器實時監測A／D變換器的輸出結果，當比較結果大于或小于設定基準值時產生觸發。為了能夠實現預期觸發，地址產生器和記錄長度計數器相互結合使用。地址產生器實質上是一個雙向環形計數器，如圖2所示，其順時針方向地址遞增數據寫入，逆時針向地址遞減數據讀出。
計算機通過PC104總線設置顯示卡的工作方式和讀取采集到的數據。為了多通道同時使用，每個顯示器卡有一通道號，軟件逐個設置好各通道狀態后可以同時或分別使能觸發。各通道的外觸發輸入可用于多通道在同一觸發時刻采樣記錄。PC機可通過I／O、DMA、中斷等多種方式與示波器卡進行通訊或采樣數據讀取。
2 系統軟件設計
顯示卡的整個結構是由PC104總線接口電路和功能電路兩部分構成的，而功能電路部分單片機是核心，因此單片機軟件的編寫也是一個很重要的部分。單片機的程序是用C語言編寫的，主要結構如下：
(1)和上位機的通信程序。其中包括讀取上位機的命令，把測試數據傳送給上位機，報告功能電路的狀態。
(2)功能函數。其中包括AD采集程序、設置量程、復位、自動調零、自檢、中斷服務程序等等。
因此，顯示卡軟件由主程序和中斷程序組成，程序如框圖3和圖4所示。
主程序完成開辟與遙控幀格式一致的數據區域、芯片的初始化以及串行異步數據的發送和接收。串行異步數據發送接收期間，MPU會關閉中斷O和1，但這并不會影響MPU對按鍵的相應和處理。當82C79檢測到有按鍵按下時，要么能夠在數據發送完畢后的時間空隙內申請中斷并得到處理，要么多等待30ms，而后請求中斷并得到處理。多出來的30ms與下一次按鍵的時間間隔(最少為幾百毫秒)相比少得多，因此關閉中斷的過程不影響按鍵的處理。
中斷程序／INT0中，MPU將讀取82C79中的鍵值，并判斷按鍵類型。當按鍵為普通按鍵時，MPU并不改變82C79的工作方式，只將按鍵對應的指令代碼填充到數據區域的相應字節位，并將R4賦值#01H。當按鍵為“長按”按鍵時，MPU將指令代碼填充到數據區域的相應字節位后，會立即改變82C79 的工作方式，將其設置在傳感器掃描工作方式。當“長按”按鍵斷開時，由于傳感器矩陣發生了變化，82C79能再次通過IRQ信號通知MPU。再次進入中斷程序時，MPU將82C79的工作方式再改回到鍵盤掃描方式后，才將R4賦值#01H，至此一個完整的按鍵過程完成。對于配合旋鈕開關的“長按”按鍵，按鍵閉合的時候，MPU還需要打開A／D轉換；按鍵斷開時，MPU則要關閉A／D轉換。
中斷程序TO中，每經過兩次中斷即80ms(MPU的工作頻率決定了其最大定時到達不了80ms)，MPU就將串行數據發送指針置位。
3 結論
解決PC104總線數據傳輸的瓶頸問題，合理分配硬件資源。PC104總線的突出優點是結構簡單、易于開發，但其傳輸速率較慢。通過實際應用證明基于PC104總線雷達信號顯示卡的設計能克服以上設計缺陷，特別是能充分滿足便攜式設計特點的要求，適應維修訓練要求。
