摘要：为了满意外场配备检测设备的便携化和信号收集的实时化要求，根据PC104总线的高效数据传输特色，选用了上位机操控板和信号收集板相结合的嵌入式体系建立办法，在信号收集板中经过FPGA操控逻辑完结了多通道开关、信号调度电路和A／D转化器的配备，并把收集的信号数据传输给上位机操控板进行实时显现。运用结果表明，该实时信号收集处理体系操作简略，具有较高的实时性和稳定性。
关键词：PC104；FPGA；数据收集；嵌入式体系；逻辑操控
0 导言
PC104是嵌入式工控机的一种，其外部总线接口为PC104总线。运用堆叠的方法可以将多个PC104主板结合到一同，并经过螺栓固定，确保体系的结实牢靠，应对恶劣的运用环境。因为PC104具有功耗低，体积小，扩展性高，功能强大等长处，其已经在航空航天、军用武器配备、工业操控等范畴得到了广泛的运用。
在对武器配备进行测验保护时，常常需求对设备中的各类模仿信号进行剖析，从而对武器体系的运转状况做出判别。现在常见的测验设备往往实时性不高，无法更多地进行人机交互。一起因为测验设备体积过于巨大，并不便利在外场对武器配备进行直接的测验和保护。跟着现阶段军用配备外场测验的信息化程度逐步进步，迫切需求研制出体积小、结构紧凑的便携式实时测验设备。
现在干流的实时信号收集方法是经过高速A／D转化器材来完结的，其长处是信号精度高，实时的信号收集带来了很多的数据需求处理，对后端的信号处理体系提出了较高的要求。因而本文建立了根据PC104总线的实时信号收集处理体系，凭仗FPGA的高速处理才能操控A／D转化器完结数据的收集，并经过PC104总线将数据提供给上位机完结用户对实时信号的监测。
1 整体规划方案
本文的实时信号收集处理体系首要包含信号收集板和上位机操控板2部分，两者之间经过PC104总线进行通讯。上位机操控板以CPU为中心，扩展出VGA，RJ45等人机交互所需求的外围设备接口。信号收集板首要包含了FPGA逻辑操控、A／D转化器、通道挑选开关、前端信号调度器等。实时信号收集处理体系的整体结构图如图1所示。
信号收集处理体系进行作业时，上位机操控板的CPU经过PC104总线向底层信号收集板发送指令，对其作业参数进行设置。CPU与FPGA之间经过地址和数据总线完结指令及数据的交互。多通道挑选开关对外部输入的模仿信号进行通道挑选，在信号调度芯片对模仿信号进行相应的预处理之后，在FPGA的逻辑操控下由A／D转化器完结信号的收集。FPGA经过PC104总线实时地将收集的信号数据传输给CPU，经过运转在上位机操控板的运用程序完结数据的终究剖析和处理。信号收集处理体系可以经过FPGA逻辑操控模块灵敏地调整采样速率，来满意多种信号不同速率的采样要求。
2 硬件体系规划
2．1 上位机操控板
本体系选用深圳盛博公司的PC104模块SCM9022作为上位机操控体系硬件渠道，其处理器为英特尔凌动N455处理器，运用了1 GB的DDR3内存，支撑2 GB的SSD和1路SATA接口，支撑2个100 Base-T以太网口，具有8路GPIO接口和6个串口，4个USB 2．0接口，规范鼠标键盘接口，支撑18位的LVDS和VGA显现。SCM9022的硬件资源可以满意对所需求收集信号的处理，用户可以便利地运用其通用的外设接口完结必要的人机交互。上位机操控板包含了64针脚的双排单列插针J1和40针脚的双排单列插针J2，一共104根信号总线。上位机操控板是规范的PC104模块，其尺度为96 mmx90 mm。当作业在8 b数据形式下时，J2的针脚信号无效，只要J1针脚有用；当作业在16 b数据形式下时，J1和J2一切针脚都有用。在104个针脚中，包含了16个数据针脚，7个锁存地址针脚，20个地址针脚，32个操控针脚，14个地线和电源线，1个14 MHz的OSC，1个8 MHz的BCLK。其间，SA[0．．11]为地址总线；SD[0．．7]为数据总线；IOR为输入／输出接口的读操控，低电平有用；IOW为输入／输出接口的写操控，低电平有用；DATA为串行数据；BALE为地址锁存信号；CLK为移位脉冲；SY-CLK为总线时钟；IOCHADY为输入／输出接口的准备就绪信号，该信号由集电极开路门或三态门驱动，低电平时处于无效状况，表明输入／输出接口设备需求将总线的周期延伸。时序如图2所示。
2．2 信号收集板
为了能快速高效确保上位机操控板与信号收集板之间的PC104总线数据通讯，底层的信号收集板运用了Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA芯片EP3C25F256C7N，经过操控逻辑来依照PC104总线的时序进行数据传输。该芯片具有200 Kb逻辑单元、8 Mb嵌入式存储器以及396个嵌入式乘法器可以在操控信号收集芯片的一起，将收集的信号数据传输给上位机。需求留意的是，因为PC 104总线的针脚都是5 V电平，而FPGA芯片选用了3．3 V的电平信号，所以在信号收集板上运用了74LVH162245芯片对电平进行转化，调整电气特性，完结由TTL电平向LVTTL电平的转化，并增强驱动才能。在信号的收集过程中，因为外部的多路模仿输入信号往往比较弱小，其电平的起伏很小，为了确保A／D转化模块收集到满足强的信号起伏，在信号收集板中运用了扩大器INA103把输入信号进行调度扩大到0～10 V之间。INA103是由BB公司出产的低功率增益可调通用仪器扩大器，其具有高精度宽带宽的特色。在增益为100时，对应的带宽仍到达200 kHz。该芯片选用了可调电阻调整扩大倍数，详细公式如式(1)所示：
G=1+6 kΩ／R (1)
