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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 PLUS
Ⅱ
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 PLUS
Ⅱ
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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