1 引言

多次重觸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于多種場合,，如一個30齒的齒輪，設(shè)齒輪嚙臺系數(shù)為1．2,，若測量其中1齒多次嚙合時的應(yīng)力,，則1齒的嚙合時間只占齒輪轉(zhuǎn)l圈時間的1．2／30，其余28．8／30的時間為空閑態(tài),，而空閑態(tài)記錄無意義,。為此開發(fā)多次重觸發(fā)技術(shù),，以齒應(yīng)力作為內(nèi)觸發(fā)信號，只記錄每次觸發(fā)后的有用信號,，并具有負(fù)延遲,，而不記錄空閑狀態(tài)．直到占滿記錄裝置存儲空間，這樣可有效利用存儲空間,，記錄更多的有用信號,。

2 多次重觸發(fā)存儲測試系統(tǒng)總體設(shè)計

2．1 多次重觸發(fā)存儲測試系統(tǒng)工作原理

圖1為多次重觸發(fā)存儲測試系統(tǒng)原理框圖，其工作原理：被測信號經(jīng)傳感器變?yōu)殡娦盘柡?，輸入至模擬調(diào)理電路,，再經(jīng)放大濾波后輸入至A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,，然后經(jīng)過FIFO傳輸給存儲器,，計算機(jī)通過通信接口讀取數(shù)據(jù)。其中,，該存儲測試系統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換和讀時鐘,、FIFO及存儲器的讀寫時鐘、推地址時鐘均由CPLD控制產(chǎn)生,。

2．2 負(fù)延遲的實(shí)現(xiàn)

動態(tài)信息存儲要求真實(shí)有效地記錄有用信號,，根據(jù)被測信號特點(diǎn)，需記錄下觸發(fā)前信號在極短時間內(nèi)的數(shù)據(jù),，這就要使用負(fù)延遲技術(shù),。負(fù)延遲也稱為提前傳輸，即將觸發(fā)信號的觸發(fā)采集時刻提前一段時間作為傳輸數(shù)據(jù)的起始點(diǎn),。該系統(tǒng)設(shè)計采用FIFO存儲器實(shí)現(xiàn)負(fù)延負(fù)延遲,。觸發(fā)信號未到來時，A／D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)不斷寫入FIFO存儲器中,，A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)不斷刷新FIFO存儲器的內(nèi)容,。一旦觸發(fā)信號到來，數(shù)據(jù)則開始從FIFO寫入存儲器,。

2．3 主要器件選型

該系統(tǒng)設(shè)計選用AD7492型A／D轉(zhuǎn)換器,。該器件為12位高速、低功耗,、逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器,。在5 V電壓，速率為1 MS／s時,，其平均電流僅1．72 mA,，功耗為8．6 mW；在5 V電壓和500 kS／s數(shù)據(jù)傳輸速率下,，消耗電流1．24 mA,，因此,，該器件能夠滿足系統(tǒng)低功耗要求。由于該系統(tǒng)設(shè)計的存儲器總體容量為512 KB,，因此選用l片容量為512 KB的N08T163型存儲器,。并通過靜態(tài)存儲器時序配合實(shí)現(xiàn)自制的FIFO存儲器，功耗約為同類FIFO存儲器的1／10,。系統(tǒng)設(shè)計的負(fù)延遲記錄l KB,，選用128 KB容量的N02L163WC2A型存儲器。針對存儲測試系統(tǒng)功耗低,，體積小,，且控制邏輯較復(fù)雜的因素，MAX7000B系列的EPM7128BTCl44-4型CPLD作為控制器,。該器件是高性能,，低功耗的CMOS型CPLD，2500個可用邏輯門電路,，引腳到引腳的傳輸延時為4．0 ns，系統(tǒng)工作頻率高達(dá)243．9 MHz,。

3 CPLD控制電路的設(shè)計

基于CPLD的多次重觸發(fā)存儲測試系統(tǒng)主要由A／D轉(zhuǎn)換器,、存儲器、FIFO和控制器CPLD等組成,，其中CPLD控制電路由時鐘,、多次重觸發(fā)、FIFO地址發(fā)生,、存儲器地址發(fā)生,、存儲器計滿，電源管理和計算機(jī)通信等模塊組成,，如圖2所示,。

3．1 控制電路各模塊功能

(1)電源管理模塊 該模塊主要控制系統(tǒng)功耗。當(dāng)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)時,，只有Vcc對CPLD供電,；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)時，Vcc,，VDD和VEE同時供電,，晶振工作，當(dāng)采樣結(jié)束,，系統(tǒng)關(guān)閉VEE,，模擬部分進(jìn)入休眠狀態(tài)，晶振停止工作,。該模塊能夠滿足系統(tǒng)低功耗要求,。

(2)時鐘模塊 晶振提供的4 MHz信號經(jīng)4個二分頻器,，分別得到2 MHz、1 MHz,、500 kHz和250 kHz的時鐘信號,，由這些信號組合得到A／D轉(zhuǎn)換器的采樣信號convst、FIFO的寫信號,、A／D轉(zhuǎn)換器的讀信號ffwr_adread以及FIFO的推地址信號ff_dz,，均為250 kHz。

(3)多次重觸發(fā)模塊 當(dāng)外界多次重觸發(fā)信號m_tri到來后,。經(jīng)D觸發(fā)器產(chǎn)生的open信號變?yōu)楦唠娖?，計?shù)器開始計數(shù)時鐘信號ff_dz，每計8 KB后停止計數(shù),，并產(chǎn)生清零信號clr對open信號清零,，等待下次觸發(fā)信號。由時鐘信號ff_dz和open信號控制產(chǎn)生的時鐘信號clkl作為寫存儲器時的推地址信號和寫信號,，open信號取反后接至存儲器使能端,。

(4)FIFO地址發(fā)生模塊CPLD對FIFO的地址控制由時鐘模塊ff_dz信號產(chǎn)生，在時鐘信號ff_dz的下降沿開始推FIFO地址,。

(5)存儲器地址發(fā)生模塊 多次重觸發(fā)模塊產(chǎn)生clkl信號作為存儲器的推地址信號m_dz推地址,，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入存儲器，寫滿8 KB后停止寫操作,，等待下次觸發(fā)信號,。存儲器存滿512。KB后停止推地址和寫操作,，等待計算機(jī)讀數(shù),。讀數(shù)時，計算機(jī)每向CPLD發(fā)送1個讀數(shù)脈沖,，地址信號向前推進(jìn)1位,，CPLD就從存儲器中對應(yīng)的地址單元讀取1個數(shù)據(jù)。

(6)存儲器計滿模塊 當(dāng)多次重觸發(fā)信號m_tri到來后,，open信號變?yōu)楦唠娖?，計滿8 KB后變?yōu)榈碗娖剑却麓斡|發(fā)信號,。因此用計數(shù)器計數(shù)open信號下降沿,，計滿64個后存儲器滿信號tc變?yōu)楦唠娖健?/p>

3．2 CPLD總體控制電路仿真及分析

圖3為CPLD總體控制電路仿真圖。圖3中觸發(fā)信號m_tri產(chǎn)生3次,，由nopen信號看出存儲器選通3次,，由存儲器地址信號m_addr的變化可看出存儲器記錄每個觸發(fā)信號8 KB，并不斷更新FIFO的數(shù)據(jù)。第1個觸發(fā)信號m_tri到來后,，nopen信號變?yōu)榈碗娖郊催x通存儲器,。這時產(chǎn)生存儲器的推地址信號和寫信號m_dz信號，并且在下降沿時將推地址給存儲器,，存儲器在低電平期間進(jìn)行寫操作,。觸發(fā)信號m_tri到來后計滿8 KB，nopen信號產(chǎn)生高電平不選通存儲器,，且存儲器的推地址信號和寫信號m_dz變?yōu)楦唠娖健?/p>

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該測試系統(tǒng)功能,。實(shí)驗(yàn)中給測試系統(tǒng)加載8次觸發(fā)信號，連續(xù)采集8次,。由于該系統(tǒng)設(shè)計最多可以采樣64次,，如果重觸發(fā)信號次數(shù)未達(dá)到64次，需手動給測試儀一個強(qiáng)制讀數(shù)信號使得儀器采樣結(jié)束,。多次重觸發(fā)信號8次有效后,，手動強(qiáng)制讀數(shù)信號使得儀器結(jié)束采樣，通過上位機(jī)軟件判斷采集到的波形幅值和手動調(diào)節(jié)的幅值是否對應(yīng),。若對應(yīng),，表明系統(tǒng)采樣正常。

實(shí)驗(yàn)步驟：測試儀接通電源,，此時測試儀采樣狀態(tài)指示燈的紅燈亮,，和計算機(jī)接上編程讀數(shù)線，打開編程界面,，設(shè)置多次重觸發(fā)的采樣頻率，其他選項均采用默認(rèn)設(shè)置,，編程完成后,，拔掉編程讀數(shù)線，測試儀上電(ON=0),，紅燈開始閃爍,，將電荷校準(zhǔn)儀的輸出接到測試儀面板上的通道端，設(shè)置電荷校準(zhǔn)儀的輸出波形為正弦波,，電荷量為2 000 PC,，輸出信號，給系統(tǒng)一個觸發(fā)信號(M_TRI=1),，紅燈閃爍一段時間后停止閃爍,，表明系統(tǒng)第一次采樣完成，這時調(diào)節(jié)電荷校準(zhǔn)儀的輸出電荷量為4 000 PC,。再給系統(tǒng)一個觸發(fā)信號,，重復(fù)前面過程，每次采樣完成后改變電荷量，直到綠燈亮,，和計算機(jī)連上編程讀數(shù)線,，通過上位機(jī)軟件讀取數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)讀取完畢,，測試儀掉電(OFF=0),，斷開測試儀電源。圖4為多次重觸發(fā)波形,。對圖4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理得到實(shí)測的電荷量值如表1所示,，從表1看出，采集到的波形幅值與調(diào)節(jié)的順序一致,，系統(tǒng)設(shè)計符合要求,。

5 結(jié)論

本文設(shè)計的基于CPLD的多次重觸發(fā)存儲測試系統(tǒng)性能較穩(wěn)定，測量精度較高,，能在高沖擊等惡劣環(huán)境下正常工作,，并且滿足系統(tǒng)的低功耗、微型化要求,，實(shí)現(xiàn)不失真采樣存儲信號,。此系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄多次重觸發(fā)信號，每次信號的記錄均有負(fù)延遲,，讀取數(shù)據(jù)時,，無需程序調(diào)整，即可準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)記錄波形,，因此存儲測試技術(shù)在多個瞬態(tài)信號的測量中具有廣闊前景,。