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三相综合移相器的预设以及成功

1概述。
　　三相综合移相器的预设以及成功微波模块，其研制开发要贯彻虚拟仪器思想，将硬件电路力求以软件方式实现，一直是国内外研究的课题。国外研制VXI微波信号源已积累了很成熟的经验，如Agilent公司，Racal公司已研制和推出了多种VXI微波信号源。并且性能好，功能多，频带宽（10MHz～20GHz），但是价格非常昂贵（4～5万美金），对于在测试系统中使用时显得过于浪费，而且往往受到经费的限制。国内对于微波信号源有台式，PC卡式，目前暂时还没有VXI微波信号源模块产品。
　　本课题研制的VXI微波信号源是VXI系统中一个典型的模块，在设计上它不仅保留了传统台式微波信号源所具有的各种功能，而且可以由计算机直接控制，可以很方便地与VXI总线测试系统集成，*大限度的发挥计算机和微电子技术在当今测试领域中的应用，具有广阔的发展前景。
　　2硬件结构。
　　VXI总线微波信号源模块，是C尺寸，单槽，基于FPGA的，寄存器基A16/D16器件，由VXIbus寄存器基接口电路和微波信号源功能电路两大部分组成。模块整体结构。
　　2.1接口电路。
　　三相综合移相器的预设以及成功基接口电路主要包括：总线缓冲驱动，寻址和译码电路，数据传输应答状态机，配置及操作寄存器组四个部分。
　　总线缓冲驱动完成对VXI背板总线中的数据线，地址线和控制线的缓冲接收或驱动，以满足VXI规范信号的要求；寻址和译码电路部分对地址线及地址修改线进行译码。当器件被寻址时，接收地址线及地址修改线上的地址信息，并将其与本模块上硬件地址设置的逻辑地址相比较，VXIbus系统为每一个VXI模块分配0～255（00H～FFH）其中之一的**逻辑地址。如果相等，该器件被寻址选通，接着其结果被送往下**译码控制，选中模块在16位地址空间的寄存器；数据传输应答状态机部分对VXI背板总线中的控制信号进行组态，为标准数据传输周期提供时序及控制信号。在进行数据传输时，系统控制者首先对模块进行寻址。当模块检测到地址匹配及各控制线有效后，驱动DTACK*为低电平，以此向总线控制者确认已经将数据放置在数据总线上（读周期）或已经成功地接收到数据（写周期）；配置及操作寄存器组部分实现VXI总线标准规范对寄存器基器件所提出的要求，包括基本配置寄存器（识别，器件类型，状态与控制）以及与功能电路相关的操作寄存器组。在微波信号源模块的设计中，与功能电路D/A转换相关的只写寄存器，用于给D/A转换传送数据及控制信号。与功能电路中数字电位器相关的寄存器，用于给数字电位器传送控制信号。
　　接口电路中的四个部分除总线缓冲驱动采用74ALS245芯片来实现外，其余部分都可以用FPGA来实现。采用一片FLEX10K芯片EPF10K20RC208-3和一片EPROM芯片EPC1441P8，利用相应软件MAX PLUSⅡ来进行设计与实现。
　　2.2功能电路。
　　三相综合移相器的预设以及成功功能电路主要包括：D/A转换电路，放大处理电刘才斌：讲师路，继电器开关，VCO和电调衰减器四个部分。
　　根据设计要求，采用高精度的D/A转换芯片，读取VXI接口电路"操作寄存器组"送来的控制信号，地址与数据，将数字数据信号转换为模拟电压信号，后接运算放大器，分两路输出：一路以阴随器输出，用于控制VCO，从而控制微波信号源的输出频率；另一路以三极管射随器输出，用于控制电调衰减器，从而控制微波信号源的输出功率。D/A和接口之间的数据传输必须遵守VXI总线标准规范。
　　在运算放大电路中采用两个非易失数控电位器，VXI接口电路"操作寄存器组"送来的控制信号与数字电位器的控制端相接，控制其滑动端的位置，来改变接入电路中电阻阻值的大小，从而改变运算放大器的放大倍数，对微波信号源输出的频率带宽和功率范围进行有效控制。通过软件程序，可直接在软面板上用鼠标点击，对频率带宽和功率范围进行调整。
　　该功能模块要求有四个波段频率，三种调制方式，这由继电器开关来实现。各个继电器如何动作，由接口电路"控制寄存器"送来的数字信号进行控制。并把当前的状态回送到接口电路"状态寄存器"，在虚拟仪器软面板上显现出来。
　　所设计的四个波段频率范围：2600MHz 300MHz，6780MHz 200MHz，9370MHz 300MHz，10500MHz 200MHz，由三个继电器来进行控制转换。直接在软面板上进行波段选择和频率设置，通过执行编好的软件，即可输出所需要的波段频率；三种调制方式是对微波信号进行幅度调制：连续波方式是不加调制信号的状态，内调制方式所加的是模块本身产生的1KHz调制信号，外调制方式时可以加入各种外接信号对它进行幅度调制。由两个继电器来控制，可直接在软面板上进行操作。
　　VCO和电调衰减器密封屏蔽在一个盒里，向外伸出其控制端。压控振荡器（VCO），其振荡频率受电压的控制；电调衰减器，其衰减量受电压的控制。
　　3三相综合移相器的预设以及成功。
　　该模块的驱动程序和软面板的设计均在Lab-Windows/CVI环境中完成。LabWindows/CVI是一个C程序员的软件开发系统，它有一个开发仪器控制和采集函数库和程序的交互式环境，提供了丰富的程序开发，仪器驱动的工具集，有很强大的代码自动生成功能。
　　3.1模块驱动程序设计。
　　在LabWindows/CVI环境下，编制微波信号源模块的驱动程序，主要是部件函数的编制和动态链接库的生成。
　　按照VPP仪器驱动程序的内部设计模型要求，对于任何仪器，都应有函数树面板，包括初始化，关闭，错误信息，错误查询以及功能函数。规划出微波信号源模块的函数树，设计出模块驱动程序软件流程。按照驱动程序软件流程，模块上电复位后，先进行接口初始化。然后进行模块自检，自检通过后，模块已准备好与VXI总线进行通讯。模块驱动程序软件流程。
　　编写仪器驱动的函数代码是设计仪器驱动程序的核心工作，如果前期的函数树规划工作做得完全，细致，这一部分的工作难度将大大降低。在本模块设计中，编写出了仪器驱动的函数代码，完成了为用户提供的各个函数的定义。
　　3.2模块仪器软面板设计。
　　随仪器驱动程序一同发布的还有仪器软面板，它为用户提供了交互式操作仪器的图形接口，取代了传统的台式仪器的前面板，在计算机屏幕上显示出用于控制仪器的各种按键，旋钮和仪器的输出信息，用鼠标和键盘进行操作。软面板有两个功能：一是在系统集成初始化时，用于检验仪器通信和修改仪器操作，帮助用户检查系统的通讯接口和仪器是否配置正确，能否正常工作；二是在系统集成完成时，又可用于实现仪器功能，并能帮助用户理解和熟悉仪器特性。
　　仪器软面板是一个可独立运行的WINDOWS应用程序，VPP规范对于软面板的开发也做出了一系列的要求。按照VPP的规定，软面板是标准的可执行文件，不依赖于任何编程环境。
　　LabWindows/CVI环境提供了很强大的界面设计能力，能提供给用户一个界面友好，功能强大的应用程序。给出了微波信号源模块的软面板，满足新型仪器设备的面板设计要求。在本模块设计中，采用回调函数处理用户事件，编制并且给出了软面板上所有控件的回调函数代码。本模块仪器软面板如图3所示。
　　4三相综合移相器的预设以及成功。
　　4.1集成度高。
　　采用FPGA后，使接口电路的设计大大简化了，这就可以将主要精力集中在具体的功能实现上，缩短了模块的研发周期。实践证明，采用FPGA技术可实现高灵活性的VXI总线硬件接口电路，并能大大减少接口电路所占的印刷板空间，且具有良好的通用性。它提高了VXI总线虚拟仪器系统的集成度和可靠性，电路调试手段灵活，工作效率得到了很大提高。
　　4.2界面友好。
　　VXI微波信号源模块作为一种虚拟仪器，要求提供给用户一个界面友好，功能强大的应用程序。在LabWindows/CVI环境下，设计出了模块仪器软面板，它取代了传统的台式仪器的前面板，通常称其为虚拟面板。用鼠标和键盘操作起来非常方便，就象操作自己定义，自己设计的一台传统仪器一样。真正实现了"软件就是仪器".4.3设计合理。
　　本模块的整体结构由接口电路和功能电路两大块组成，这两大块之间既相互联系，又相对独立，结构设计非常合理。其接口电路可移植性很强，可以用到其他VXI模块的开发上，只需要在用FPGA实现时，对MAX PLUSⅡ设计的电路进行修改就可以了，其印刷板硬件电路不用更改。另外，为了提高电路的抗干扰能力，对各波段VCO和电调衰减器进行密封屏蔽，在PCB板设计时提供VCC和GND平面。
　　经实际运行证明，本模块设计合理，操控简便，配置灵活，工作稳定，性能可靠，是通用自动测试系统中不可缺少的高性能微波信号源模块，成功实现了对雷达跟踪能力和接收机灵敏度的自动检测。

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