【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場景的變化,對各種測量儀器的測量精度、速度的要求不斷提高,脈沖信號參數(shù)測量系統(tǒng)的應(yīng)用也受到越來越廣泛的關(guān)注。FPGA是一種大量使用查找表和寄存器等元素的高密度可編程邏輯器件,因其設(shè)計靈活、可編程和高性能等優(yōu)點被廣泛使用。本文結(jié)合兩者的優(yōu)點設(shè)計了一種測量精度高、速度快、體積小、易于攜帶的基于FPGA的脈沖信號參數(shù)測量系統(tǒng)。本文根據(jù)信號傳輸過程中發(fā)生畸變的現(xiàn)象,提出了基于FPGA的脈沖信號參數(shù)測量系統(tǒng)的總體設(shè)計方案,并闡述了測量系統(tǒng)中各個參數(shù)的測量方法。本系統(tǒng)以測量頻率、占空比、幅值、上升沿時間為目的,將脈沖信號參數(shù)測量系統(tǒng)分為放大模塊、整形模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、峰值檢波模塊、無線通信模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控及顯示模塊。其中放大模塊選擇的芯片是AD8367,整形模塊選擇的芯片是TLV3501。首先將脈沖信號經(jīng)過放大和整形后輸入到FPGA數(shù)據(jù)采集模塊中,該模塊通過Verilog語言編程實現(xiàn)了對脈沖信號的頻率、占空比的采集,并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊OPC系統(tǒng)中,在SOPC系統(tǒng)中通過C語言對采集的結(jié)果進行計算,然后輸入到STM32中進行數(shù)據(jù)的處理。在KeilμVision5環(huán)境下,使用官方提供的固件庫對STM32進行軟件設(shè)計開發(fā),包括串口解析、數(shù)據(jù)處理和信息顯示模塊的設(shè)計。本系統(tǒng)還利用STM32芯片內(nèi)部集成的ADC功能和峰值檢波芯片AD606協(xié)同完成對脈沖信號幅值的測量,利用STM32芯片內(nèi)部集成的DAC功能和整形模塊對脈沖信號進行處理后再輸入到FPGA中進行上升沿參數(shù)的采集,并通過無線通信模塊ESP8266將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行遠(yuǎn)程監(jiān)控及顯示,并且在上位機上可以將測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫進行永久的保存。
【圖文】：

放大模塊設(shè)計.1 放大模塊芯片選擇本模塊需要放大器放大或衰減輸入信號以符合后續(xù)電路的需要，考線性增益范圍、工作模式、封裝形式、誤差、精度、高頻和低頻因此采用的是 ADI 公司的 AD8367 芯片，，以下為該芯片的特性：1．其模擬可變增益為-2.5dB 到+42.5dB。2．3dB 截止頻率 500MHz。3．采用 2.7V 到 5.5V 的單電源供電。4．自帶增增益和減增益模式。該芯片是一種擁有兩種工作模式的可變增益放大器，線性增益控制頻到 500MHz。該芯片有兩種工作模式，利用將 MODE 引腳拉升電壓或者拉低到地電壓的方法，可以設(shè)定該芯片的增益模式為增函數(shù)模式，將 MODE 引腳拉高到電源電壓時，該芯片就成為了增益的 VGA 模式。該芯片可以通過施加到 ENBL 引腳電壓來開啟或關(guān)芯片封裝采用 14 引腳的 TSSOP 封裝。圖 3-2 為該芯片功能框圖。

ENBL 引腳通過去耦電容連接電源，使芯FL 引腳外接電容電阻形成高通濾波器。因為涉及低頻經(jīng)給出建議電阻值為 100 ，所以需要通過計算選取低頻需求。所選電容計算公式如式(3-1)所示，式中f率，HPC 為所需計算的串聯(lián)電容。HPHP10( )( ) 0.02=+Zf KHC nF 引腳選擇外接 1K 電位器以獲取所需 0V 到 1V 電壓，公式(3-2)和公式(3-3)為Gain 增益計算公式，公式(3-2電平時芯片增益計算公式，公式(3-3)為 MODE 引腳計算公式。兩式中Gain為實際增益，式中GAINV 為 GAmV 。從公式(3-2)可以看出該函數(shù)是一個遞增函數(shù)，腳的電壓增加而增加，從公式(3-3)可以看出該函數(shù)是益隨著 GAIN 引腳的電壓增加而減小。其引腳電壓與。GAINGain( dB ) = 50 × V 5GAINGain( dB ) = 45 50×V
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN78;TN791

【參考文獻】

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本文編號：2653631