LXI多功能计数器

　　0 引言

　　目前，由于被测对象和测试要求的复杂多样，使得现有的GPIB，VXI，PXI 测试总线难以满足测试要求。为了解决实际测试需求，基于 LAN 的新一代测试总线———LXI 总线应运而生[1 -2]。LXI 是构筑新一代自动测试系统的理想平台，建立在多个成熟的工业标准基础上，如 Ethernet、PTP、VXI、IVI 等，集中了它们各自的优点，形成自己的特色，并考虑了仪器领域对定时、触发、冷却、电磁兼容性等的特殊要求，是未来构建雷达测试系统，远程控制测试系统，网络化测试系统的核心技术。在组建自动测试系统中，多功能计数器模块是最重要也是最常用的模块之一。它可广泛应用于频率测量、时间间隔测量、周期测量，时间串测量等场合。同时研究多功能计数器模块对于掌握LXI 核心技术具有先导作用。

　　1 LXI 多功能计数器总体结构

　　LXI 计数器硬件设计的总体框图如图1 所示。多功能计数器模块主要由 3 部分构成: 接口电路、功能电路和通道部分。

　　LXI 接口硬件电路的功能是实现 LXI 仪器的接口要求，主要由嵌入式系统硬件电路和 FPGA 实现，嵌入式系统主要用于实现 LAN 接口并作为运行 LXI 接口软件的硬件平台，FPGA 实现嵌入式处理器本地总线的映射，进而控制功能电路完成测试功能。

　　功能电路是在 FPGA 里实现的，编写各种功能模块实现该模块的测试功能。其中功能电路都是用 Verilog HDL 硬件描述语言来描述的。

　　通道电路主要是将各种输入信号的波形变换成边沿陡峭的矩形脉冲，以满足计数器电路对计数波形的要求。同时尽可能地消除信号上的干扰和噪声的有害影响。通道电路具体包括信号调理电路、脉冲形成电路、隔离电路等。

　　2 硬件电路设计

　　2. 1 LXI 接口电路设计

　　LXI 接口电路框图如图2 所示。嵌入式系统硬件电路由以下几部分组成: 嵌入式微处理器、晶振电路、复位电路、以太网物理层接口电路、存储电路、调试串口电路、实时钟电路等。微处理器 AT91RM9200，作为 LXI 计数器模块的主控制器，通过外部总线接口 EBI( External Bus Interface) 访问 FPGA。LXI 的接口电路以嵌入式微处理器为核心，通过 LAN 接口模块接收和发送控制命令和数据，经过嵌入式处理器中运行的程序的命令解析，并控制功能实现模块。功能电路测量得到的数据传输给嵌入式处理器，并由 LAN 接口模块传送给计算机，从而完成测量。LAN 接口模块包括 RJ45 连接器、网络隔离器和网络物理层芯片，完成发送与接收数据的编码和解码。嵌入式处理器中集成了以太网 MAC 控制器，它与 IEEE802. 3 标准完全兼容，实现数据帧的封装和解封以及错误检测等功能。嵌入式处理器中运行嵌入式操作系统，支持网络功能，从而实现应用程序从数据帧中提取有用的数据[3]。