基于FPGA和DSP的高速瞬态信号检测系统

文章摘要：被采样信号因为检测对象的不同而持续时间有μs级的也有ms级的，因此采样频率不能一成不变。经过分析，最小采样频率为5 MHz，最大采样频率为40 MHz。而FPGA外接晶振的频率为40 MHz，应该对它进行8分频。外接一个两位拨动开关，“00”时对应采样频率为40 MHz，“11”时对应的采样频率为5 MHz。2．2 数据处理与传输电路TMS320VC33是图3所示电路的核心器件，其主要功能是：①读取图2所示SRAM的数据。电路上的连接关系是，TMS320VC33的A19选通AS7C34096A的输出使能信号OE，DSP的地址线A0～A18及数据线DO～D7分别与SRAM的Ao～A18及数据线D

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　　被采样信号因为检测对象的不同而持续时间有μs级的也有ms级的，因此采样频率不能一成不变。经过分析，最小采样频率为5 MHz，最大采样频率为40 MHz。而FPGA外接晶振的频率为40 MHz，应该对它进行8分频。外接一个两位拨动开关，“00”时对应采样频率为40 MHz，“11”时对应的采样频率为5 MHz。

　　2．2 数据处理与传输电路

　　TMS320VC33是图3所示电路的核心器件，其主要功能是：①读取图2所示SRAM的数据。电路上的连接关系是，TMS320VC33的A19选通AS7C34096A的输出使能信号OE，DSP的地址线A0～A18及数据线DO～D7分别与SRAM的Ao～A18及数据线D0～D7相接。②对读取的数据进行处理，包括必要的时域和频域分析，主要是大数据量的FFT。③通过串行接口芯片将采集和处理后的数据传输到计算机。

　　DSl270是一种非易失性的存储器。其输出电压高电平为5 V，但TMS320VC33的I／O口电平为3．3 V，不能承受高电平为5 V的TTL信号。为了使TMS320VC33与DSl270能交换数据，采用74LVC4245实现3．3V和5V的电平转换。74LVC4245同时具有3．3 V和5 V两种供电电源，与DSP相连的I／O脚电平为3．3V，与DS1270相连的I／O脚电平为5 V。

　　由于TMS320VC33片内设有ROM，掉电后程序和数据信息都将遗失，因此需要外接存储器。这里选用Flash芯片AM29F040存储程序，用DS1270存储数据处理过程中及过程后的数据。电源芯片TPS767D318产生3．3V和1．8 V的电压给DSP供电；上电后，TPS767D318的复位脚将产生一个低电平，此信号同时将DSP复位，DSP将程序从程序存储器引导到高速RAM区后开始全速执行。数据进入DSP，DSP对数据进行处理，即进行必要的时域和频域分析，提取相关信号特征，将处理后的结果再放回DSl270。

　　3 软件设计

　　图2所示电路的核心器件是XCS30，前述5项功能是通过VHDL实现的，其流程如图4(a)所示。图中CHG和FIR分别是发给XCS30，并使其发送对电容Cl充电和启爆电火工品DT的指令；ENCODE是启动A／D转换的信号；WR是写SRAM的信号，地址值A=7FFFFh表示SRAM已满。这时XCS30输出CLKR信号，表明采样和存储过程已经结束。

　　图4(a)分为4个功能模块：产生发火信号、分频器、频率选择器、地址分配器。图4(b)为DSP程序流程。

　　编写VHDL程序并在ISE7．1中的仿真波形如图5所示。

　　4 小 结

　　DSP的优势有：数据处理能力强，高速度运算，能实时完成复杂计算，单周期多功能指令，丰富的串口资源。利用DSP强大的数据处理能力和高运行速度的优势，可以提高分析系统的精度和实时性，满足监测系统的更高的性能要求。由于将DSP与FPGA等高新的芯片运用到该系统中，一片可以实现许多功能，蹦此减少了使用的其他器件，精简了主板系统；特别是增加功能比较方便，只需修改软件。这样，相对降低了整个系统的成本，而且增强了整个系统的性能。

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