基于FPGA的脉冲信号参数测量系统

发布时间：2020-05-07 22:18

【摘要】：随着科学技术的发展和应用场景的变化,对各种测量仪器的测量精度、速度的要求不断提高,脉冲信号参数测量系统的应用也受到越来越广泛的关注。FPGA是一种大量使用查找表和寄存器等元素的高密度可编程逻辑器件,因其设计灵活、可编程和高性能等优点被广泛使用。本文结合两者的优点设计了一种测量精度高、速度快、体积小、易于携带的基于FPGA的脉冲信号参数测量系统。本文根据信号传输过程中发生畸变的现象,提出了基于FPGA的脉冲信号参数测量系统的总体设计方案,并阐述了测量系统中各个参数的测量方法。本系统以测量频率、占空比、幅值、上升沿时间为目的,将脉冲信号参数测量系统分为放大模块、整形模块、数据采集模块、数据处理模块、峰值检波模块、无线通信模块、远程监控及显示模块。其中放大模块选择的芯片是AD8367,整形模块选择的芯片是TLV3501。首先将脉冲信号经过放大和整形后输入到FPGA数据采集模块中,该模块通过Verilog语言编程实现了对脉冲信号的频率、占空比的采集,并将采集的数据传输到SOPC系统中,在SOPC系统中通过C语言对采集的结果进行计算,然后输入到STM32中进行数据的处理。在KeilμVision5环境下,使用官方提供的固件库对STM32进行软件设计开发,包括串口解析、数据处理和信息显示模块的设计。本系统还利用STM32芯片内部集成的ADC功能和峰值检波芯片AD606协同完成对脉冲信号幅值的测量,利用STM32芯片内部集成的DAC功能和整形模块对脉冲信号进行处理后再输入到FPGA中进行上升沿参数的采集,并通过无线通信模块ESP8266将数据传输到上位机进行远程监控及显示,并且在上位机上可以将测量数据通过数据库进行永久的保存。
【图文】：

框图,芯片,引脚,线性增益

放大模块设计.1 放大模块芯片选择本模块需要放大器放大或衰减输入信号以符合后续电路的需要，考线性增益范围、工作模式、封装形式、误差、精度、高频和低频因此采用的是 ADI 公司的 AD8367 芯片，，以下为该芯片的特性：1．其模拟可变增益为-2.5dB 到+42.5dB。2．3dB 截止频率 500MHz。3．采用 2.7V 到 5.5V 的单电源供电。4．自带增增益和减增益模式。该芯片是一种拥有两种工作模式的可变增益放大器，线性增益控制频到 500MHz。该芯片有两种工作模式，利用将 MODE 引脚拉升电压或者拉低到地电压的方法，可以设定该芯片的增益模式为增函数模式，将 MODE 引脚拉高到电源电压时，该芯片就成为了增益的 VGA 模式。该芯片可以通过施加到 ENBL 引脚电压来开启或关芯片封装采用 14 引脚的 TSSOP 封装。图 3-2 为该芯片功能框图。

增益函数,引脚,电压,公式

ENBL 引脚通过去耦电容连接电源，使芯FL 引脚外接电容电阻形成高通滤波器。因为涉及低频经给出建议电阻值为 100 ，所以需要通过计算选取低频需求。所选电容计算公式如式(3-1)所示，式中f率，HPC 为所需计算的串联电容。HPHP10( )( ) 0.02=+Zf KHC nF 引脚选择外接 1K 电位器以获取所需 0V 到 1V 电压，公式(3-2)和公式(3-3)为Gain 增益计算公式，公式(3-2电平时芯片增益计算公式，公式(3-3)为 MODE 引脚计算公式。两式中Gain为实际增益，式中GAINV 为 GAmV 。从公式(3-2)可以看出该函数是一个递增函数，脚的电压增加而增加，从公式(3-3)可以看出该函数是益随着 GAIN 引脚的电压增加而减小。其引脚电压与。GAINGain( dB ) = 50 × V 5GAINGain( dB ) = 45 50×V
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN78;TN791

【参考文献】