基于并行接口的動態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)的設計

近些年來，隨著軍事科學技術的發(fā)展，武器裝備的結(jié)構(gòu)越來越復雜。為保證武器裝備系統(tǒng)在使用過程中的安全性和可靠性，要求對武器裝備進行以性能和故障檢測為主的技術保障，不僅要能實時、快速、精確地對多種參數(shù)進行測試，而且要實時地完成大量的數(shù)據(jù)和信息處理。動態(tài)測試系統(tǒng)所采取的技術途徑是測試成本可以承受的，對于掠海飛行導彈以及戰(zhàn)略導彈再入大氣層過程對常規(guī)的遙測系統(tǒng)在傳輸信息上是無法實現(xiàn)的，這就形成了對動態(tài)測試系統(tǒng)的特別需求。因此測試系統(tǒng)在不斷地發(fā)展以滿足現(xiàn)代武器裝備發(fā)展的要求。它包括獲取信息、傳輸信息、再現(xiàn)信息等。

動態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)常放置于被測體內(nèi)，隨被測體作高速運動，要求有極高的可靠性設計和能對規(guī)定參數(shù)的實時采集，為及時查找被測物體在運作中可能發(fā)生故障的原因，提供有效的測試手段，為產(chǎn)品設計與問題故障分析提供依據(jù)。

2 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)采用兩組并行的采集系統(tǒng)，分別采用兩種不同的采樣頻率對3路速變信號和16路緩變信號進行采樣，并且分別將采集數(shù)據(jù)存放在各自的存儲器中，兩套采集系統(tǒng)在統(tǒng)一的啟動電路和控制電路的協(xié)調(diào)下，完成對規(guī)定信號的采集。對三路速變信號采用單路83.33KHz的采樣率，數(shù)據(jù)存儲器采用16片單片容量為512K的靜態(tài)存儲器，記錄時間為33.55秒；對16路緩變信號采用單路976.5Hz的采樣率，用單片容量為512K靜態(tài)存儲器存儲數(shù)據(jù)，記錄時間為33.55秒。

圖1是采集系統(tǒng)總體設計框圖，其工作過程為：系統(tǒng)上電后，處于低功耗的待觸發(fā)狀態(tài)。當啟動電路檢測到有效的啟動信號后，其它電路的電源接通，時基電路產(chǎn)生系統(tǒng)的基本時鐘，供速變通道和緩變通道產(chǎn)生讀寫信號和地址推動信號；在時鐘1和時鐘2的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，三路速變信號和十六路緩變信號通過輸入適配網(wǎng)絡，依次到三路選一和十六選一電路，然后，分別進入A/D轉(zhuǎn)換電路進行數(shù)據(jù)采集，并分別將采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器一和數(shù)據(jù)存儲器二。當達到設定的采集時間后停止記錄，同時使系統(tǒng)處于低功耗的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)，此時，可通過計算機并行接口讀取采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

2.1 啟動電路設計
啟動電路完成采集電路的可靠啟動，具有自動判別有效啟動信號的能力，能有效防止誤觸發(fā)。在系統(tǒng)電源接通后，系統(tǒng)處于低功耗待觸發(fā)狀態(tài)，系統(tǒng)功耗較小，系統(tǒng)可以完成長時間的等待狀態(tài)。在此狀態(tài)下，啟動電路對啟動線的信號進行判別，當啟動信號的電平由低變?yōu)楦?，并且持續(xù)時間大于規(guī)定時間，啟動電路通過記錄決策電路啟動采集系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集，記錄決策電路原理如圖2所示，5V為系統(tǒng)自帶電池供電，VCC為A/D變換電路及其他采集數(shù)據(jù)電路的供電電壓，系統(tǒng)利用如圖所示的決策電路控制VCC的供電，保證系統(tǒng)可靠的觸發(fā)，本系統(tǒng)可保證20V以下不觸發(fā)。D觸發(fā)器的1腳和13 腳的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示，依圖可見記錄決策電路有效防止了誤觸發(fā)。

2.2 接口電路設計
利用計算機并行接口工作在ECP模式下，其控制端口提供的Auto Linefeed、Strobe和Select Printer 3根控制線，進行合理的組合，產(chǎn)生對速變、緩變信號的選擇信號SelDat和讀取數(shù)據(jù)時序信號RD，并產(chǎn)生系統(tǒng)復位信號RESET。SelDat信號輸出到中心控制邏輯，產(chǎn)生存儲器的片選信號，控制讀取速變信號或緩變信號；讀信號RD和復位信號RESET控制地址發(fā)生電路產(chǎn)生讀取存儲器所需的地址；RD使能存儲器，通過并行接口的數(shù)據(jù)端口將存儲器中的采集數(shù)據(jù)讀到計算機。圖4為并行接口ECP模式下接口電路連接框圖。

接口電路讀取緩變數(shù)據(jù)時序圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件的設計
并行接口應用系統(tǒng)軟件設計包括主機操作系統(tǒng)上的客戶驅(qū)動程序和主機應用程序?？蛻趄?qū)動程序?qū)嶋H上是一系列控制硬件設備的函數(shù)，是操作系統(tǒng)中控制和連接硬件的關鍵模塊。主機應用軟件通過客戶驅(qū)動程序與系統(tǒng)外設進行通信，其主要任務是將采集進來的數(shù)據(jù)流，根據(jù)所需處理功能的要求來完成各種基于Windows 程序的處理。

3.1 驅(qū)動程序設計
DriverStudio中的DriverWorks為WDM驅(qū)動程序提供了一個完整的框架，我們利用其DriverWizard生成驅(qū)動程序框架，然后添加各功能函數(shù)。在驅(qū)動程序*.cpp中，用戶只需要自己填寫下面函數(shù)：
在由Drivestudio生成的*Device.cpp中的*_Handler(I)函數(shù)中填寫應用程序消息，如（READ_DATA，CTL_RTYPE）等，或?qū)贸绦虻闹祵懡o端口或把端口值由驅(qū)動程序返回給應用程序。在*_Handler(I) 中填寫應用程序變量應在*Device.h中先定義，然后在*Device.cpp中的消息處理中填寫產(chǎn)生此消息后自己如何處理的代碼。
下面是我們驅(qū)動程序中類實例：對存儲器的讀操作功能函數(shù)?！?br />NTSTATUS Drv_NUCDevice::DRV_NUC_READ_DATA_Handler(KIrp I)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
t << Entering Drv_NUCDevice::DRV_NUC_READ_DATA_Handler, << I << EOL;
unsigned char *pData;
unsigned char tmp, tmp_in1, tmp_in2;
int para_base_address = 0x378;                 //并行接口地址
int i, j;
pData = (unsigned char*)I.IoctlBuffer();
tmp = _inp(para_base_address+2);
tmp_in1 = tmp & 0xfd;
tmp_in2 = tmp | 0x02;
for(j = 0; j < 1024; j++)                      //讀取1024個字節(jié)數(shù)據(jù)
{
_outp(para_base_address+2, tmp_in2);       //向并行接口發(fā)控制命令
pData[j] = _inp(para_base_address);        //讀取并行接口數(shù)據(jù)到計算機
_outp(para_base_address+2, tmp_in1);
}
I.Information() = 1024;
return status;
}

3.2 用戶程序設計

主機應用程序使用Visual Basic6.0編譯環(huán)境，主要是實現(xiàn)調(diào)用*.DLL中的函數(shù)，讀取采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)到計算機，對數(shù)據(jù)進行存儲、顯示處理結(jié)構(gòu)及向采集系統(tǒng)發(fā)送控制命令等。

而在編寫用戶程序時，首先要建立與外設的連接，然后才能實施數(shù)據(jù)的傳輸。本設計使用Visual C++6.0編譯環(huán)境中的API函數(shù)編譯*.DLL連接程序文件：首先查找設備，打開設備的句柄，然后進行控制和讀操作，最后關閉設備句柄。程序主要用到兩個API函數(shù)CreatFile()和DeviceControl()。下面是一個讀取外設數(shù)據(jù)的實例：
DNUCEXPORT int CALLBACK ReadData(unsigned char *pData)
{
ULONG nOutput;
DeviceIoControl(handle,
DRV_NUC_READ_DATA,
NULL,
0,
pData,
1024,
&nOutput,
NULL);
return 1;
}
4 結(jié)束語

本文所設計的采集系統(tǒng)已經(jīng)在工程上應用，為及時查找被測物體工作過程中可能發(fā)生故障的原因，提供有效的測試手段，為產(chǎn)品設計與問題故障分析提供依據(jù)