PCM记忆重发编码器的设计

闫 鑫

（中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051）

0 引言

遥测技术发展已久，它对产品的研制开发起到重要的作用。它可以提供产品设计阶段的原始数据，产品研制阶段的故障分析数据，以及鉴定阶段产品的验收数据等。在实际应用中，由于遥测环境复杂，各种干扰因素可造成遥测信号的短时中断，出现遥测数据丢帧现象，而有些重要的数据可能恰恰出现在干扰严重的情况下，数据帧的丢失造成关键数据的不完整性，给系统设计带来困难。采用记忆重发技术构成的PCM编码器就会弥补这一损失。因此，设计成的记忆重发编码器具有重要的实用价值[1]。

1 PCM记忆重发编码器的设计要求及原理

脉冲编码调制（PCM）是用串行二进制脉冲编码序列传送时分多路采样信号的一种数字化遥测系统。由于PCM能够完成高精度信号传输、灵活多变的遥测帧格式及对数据进行合理的加工处理等优点，目前已经成为应用广泛的遥测体制。另外，在新型的弹载（机载、星载）遥测数据采集系统中，总线制，模块化已经成不容置疑的发展趋势，而实现总线制。模块化的遥测系统则应着重发展多数据流和记忆重发技术[2]。

PCM记忆重发编码器主要完成如下功能：

a) 对模拟被测电信号的采样保持；

b) 电信号的数字量化；

c) 形成标准的PCM串行数据流；

d) PCM帧结构的可编程设计；

e) 具有记忆重发功能，重发时间可编程。

记忆重发技术是指将被测模拟量通过A/D转换器转换成的数字量，一方面实时插入PCM串行数据流中：另一方面，将其存贮于数据存储器中，经过Δt存储延迟后再取出，插入PCM数据流，经无线信道重发，形成“先进先出”的循环工作方式，数据已读出的存储空间作为新采集数据的存贮单元，如此循环往复工作。根据PCM记忆重发编码器所要完成的主要功能及相关技术指标，采用高速、对半闪烁A/D转换技术，可编程时序控制技术及数据记忆重发技术，格式编排技术等构成新型、灵活、方便的可编程PCM记忆重发编码器它主要由如下几大部分构成：时钟发生器、可编程时序码控制器，多路复用器、数据记忆存储器4帧同步码发生器及格式控制器等，如图1所示。

图1 PCM记忆重发编码器框图

依据被测参数的信号特征和测试要求，对PCM帧结构进行设计、计算，确定合理的帧结构形式，通过可编程时序码控制器形成可控制的时序码信号，分别控制多路复用器、数据记忆存储器及帧同步码发生器，通过对模拟多路复用器的编程控制，可以实现不同被测信号的超倍采样和模数转换：通过对数据记忆存储器的读、写及片选控制，完成实时数据记忆存储及Δt时间后的数据重发功能并形成“先进先出”的循环工作方式；通过对帧同步码发生器的地址及片选控制，使帧同步码出现于每帧的最后几个字的位置上，有了上述的各种编程控制，就可以形成适合不同要求的PCM帧结构形式。依靠格式控制器，对实时数据、重发数据及帧同步码进行数据合理编排，获取完整的PCM串行数据流，再经滤波器输出，供发射机调制使用。

2 可编程时序码控制器

将预先设计编排好的时序控制码写入EPROM，把EPROM的每根数据输出线作为时序控制信号线，在相关时钟的作用下，读出EPROM相应地址单元的时序码，即形成相应的时序控制信号。例如选用8bit的EPROM，就可同时输出8路时序控制信号，若需要更多的控制信号，只需要选用较多bit数的EPROM即可。其中，时序码存储器可根据设计要求综合考虑选定多种型号的只读存储器，同时要根据实际情况，选用读取时间适当的存储器，以便输出准确的时序控制信号。当各路被测模拟信号频带范围各异时，各路信号的采样频率将会有所不同，这时，只要改变EPROM内的时序码就可以方便地改变时序控制信号，实现超倍采样。

3 多路复用器

由A/D转换器及模拟多路复用器构成PCM编码器的核心部件，多路复用器是对多路被测模拟量分时采集，形成时分多路复用数据采集系统。通过选通多路复用器模拟通道的相应地址，实现对模拟信号的实时采集。

多路复用器的设计方案基本上分成两种：(1)直接选用自身带多路模拟通道的A/D转换器，通过并联使用，构成任意模拟通道的多路复用器；(2)使用单通道A/D转换器加上多通道模拟门，构成灵活的多路复用器。两种方法各有特点，可根据任务需求，灵活选择使用。下面给出第二种方法的设计思路。

A/D转换器选用单通道、高速8位的AD7820模数转换器，它具有如下特点：

a) 快速转换时间：1.36 u smax；

b) 内部跟踪/保持功能：

c) 无误码：

d) 用户无需微调，无需外部时钟：

e) 单电源供电+5 V。

AD7820是高速的8位、微处理兼容的模数转换器，它采用对半闪烁I（haIf-flash)转换技术，使得转换时间为1.36 μs。转换器模拟量输入范围是0～5 V，并带有单极性+5 V电源，其最高功耗仅有75 mW，总的调整误差小于1/2LSB，在整个温度范围内无误码，多通道模拟门的品种众多，使用简单，将多路模拟门的输出端并联接入A/D转换器，就构成实用的多路复用器[4]。

4 数据记忆重发

选用静态数据存储器，在对时序码控制器的作用下，将实时采集的数据插入PCM串行数据流的同时，存入数据记忆存储器中，等待延时Δt时间后再读出，插入PCM串行数据流，形成“先进先出”的记忆重发循环工作方式，数据已读出的空间作为新采集数据的存储空间，循环往复工作，其重发时间由如下计算公式得到：

式中 T：记忆重发时间；N：存储器地址线最高权位：fin：地址发生器输入时钟频率。

通过地址线权位控制，可以改变记忆重发时间。

5 可重组PCM采编器原理样机的调试

PCM采编器电路原理图通过Altera公司的quartuII的编译仿真通过后，编译生成的.sof文件和.pof文件，可以用计算机通过下载电缆byteblaster MV，将.pof文件中的数据下载到EPC2中。在实际工作中，每次系统通电时，EPC2就主动将所设计电路加载到EPFl0K20TCl44-4中，加载时间不超过100 ms，然后电路就能按照设计要求工作。图2就是PCM编码器在示波器上的输出波形，如图所示，上面波形为PCM数据输出，下面波形为同步时钟输出，通过示波器显示，时钟与数据同步，数据完整，达到实验要求。

图2 PCM采编器输出波形

6 结论

该采编器采用高速A/D转换技术，可编程时序控制技术，以及记忆重发技术，可以实现多种帧结构设汁，弥补数据丢帧的现象，提高遥测数据的完整性，保证测试数据的质量，为地面数据处理带来方便.采用这种技术设计的编码器已经成功地应用于遥测及远程多管火箭遥测系统中，取得了良好的效果，具有广泛的应用前景.

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