基于DSP和CPLD的寬帶信號源的設計

1　引　言　　

信號源是雷達系統的重要組成部分。雷達系統常常要求信號源穩定、可靠、易于實(shí)現、具有預失真功能，信號的產(chǎn)生及信號參數的改變簡(jiǎn)單、靈活。本文采用dsp和cpld來(lái)設計信號源的控制部分，一方面能利用dsp軟件控制的靈活性，另一方面又能利用cpld硬件上的高速、高集成度和可編程性。使用這種方法可以充分利用軟件支持來(lái)生成和加載任意波形數據，并能方便地實(shí)現對信號參數的控制和對波形數據的隨意修改，同時(shí)又能保證信號產(chǎn)生的高速、靈活可控。

2　系統結構

采用波形存儲直讀法，即通過(guò)對存儲的波形采樣數據進(jìn)行數模變換，直接生成模擬信號的一種方法。圖1為信號源的系統結構。本信號源可工作于聯(lián)機和脫機兩種方式。聯(lián)機工作時(shí)，波形數據從微機加載，由dsp控制，通過(guò)cpld內的數據通道寫(xiě)入sram，經(jīng)回讀、校驗后，從sram內高速送入到數／模轉換器件產(chǎn)生雷達信號。脫機工作時(shí)，波形數據可在系統上電時(shí)由eeprom加載，eeprom中可存放一組波形數據，也可存儲多組數據以方便應用。

3　硬件實(shí)現

3．1　tms320f206與eeprom的接口設計

在實(shí)際系統中，dsp采用ti公司的tms320f206芯片，eeprom采用microchip公司的24lc256 cmos串行eeprom（圖2）。tms320f206屬于定點(diǎn)、靜態(tài)cmos數字信號處理器。它采用先進(jìn)的哈佛結構，具有片內外設、片內存儲器及專(zhuān)用的運算指令集，這些特點(diǎn)使得此器件使用靈活方便。24lc256工作電壓為2．5v～5．5v，容量為32k×8bit，為兩線(xiàn)串行接口總線(xiàn)，標準與i2ctm兼容。scl為24lc256的時(shí)鐘輸入管腳，sda為其串行地址／數據輸入／數據輸出管腳。24lc256提供讀順序地址內容的操作方式，其內部的地址指針在每次讀操作完成之后加1，此地址指針允許在一次讀操作期間，連續順序地讀出整個(gè)存儲器的內容。其時(shí)序如圖3所示。

設計中將tms320f206的通用i／o端口io2模擬出scl的時(shí)鐘，io3負責將數據寫(xiě)入和從24lc256讀出（tms320f206與24lc256的接口如圖1所示）。脫機工作時(shí)，其流程如圖4。

3．2　cpld設計

可編程邏輯器件采用xilinx公司的cpld，型號為xc95288xl－6tq144c。該器件為144－pin tqfp封裝，內部有288個(gè)宏單元，最高工作時(shí)鐘為151mhz。xc95288xl內部邏輯分為三部分：tms320f206與微機接口的通信、高速地址計數、sram片選讀寫(xiě)信號的產(chǎn)生。

3．2．1　tms320f206經(jīng)過(guò)cpld與微機接口的通信

tms320f206與微機接口的通信采用并行接口協(xié)議（epp），主要完成從微機加載數據到sram、將數據從sram回讀到微機，整個(gè)過(guò)程對于并行接口來(lái)說(shuō)采用查詢(xún)方式，對于tms320f206來(lái)說(shuō)采用中斷方式。tms320f206使用引腳接收由cpld發(fā)出的中斷，通過(guò)設置tms320f206片內寄存器irm與icr，使tms320f206響應中斷而不響應。其時(shí)序如圖5和6所示。

脫機工作狀態(tài)下，從并口加載數據時(shí)，微機將數據發(fā)送到并口，并發(fā)出低脈沖，cpld接收stb到后，置busy＝1，發(fā)出中斷信號，tms320f206接收到中斷后，控制cpld鎖存數據，并將數據寫(xiě)入sram，置busy＝0；從并口回讀數據時(shí)，微機設置并口為輸入狀態(tài)，然后發(fā)出autofeedxt低脈沖，cpld接收到后，置＝1，發(fā)出中斷信號給tms320f206，tms320f206控制cpld從sram讀取數據并送到并口，置＝0。
3．2．2　高速地址計數器設計
　　信號源中sram在產(chǎn)生雷達波形時(shí)工作在100mhz的高速時(shí)鐘下，這就要求設計的地址計數器也工作在100mhz的時(shí)鐘下。在同步計數器中，采用超前進(jìn)位（prescalar）技術(shù)來(lái)提高其性能，即將前端的、高速計數器的超前輸出作為后面的低速計數器的計數使能。實(shí)現時(shí)我們利用xilinx公司的eda軟件中提供的高效宏單元clbmap優(yōu)化布線(xiàn)，從而使計數器內部延時(shí)最小。圖7為計數器輸出q0～q6的仿真結果。實(shí)驗表明，上述措施對于提高同步計數器的速度
非常有效。

3．2．3　sram片選讀寫(xiě)信號的產(chǎn)生
　　波形存儲單元由兩片高速、低功耗，容量為128k×18bit的靜態(tài)雙口sram構成。該器件支持單次讀寫(xiě)、流水線(xiàn)讀寫(xiě)、觸發(fā)式讀寫(xiě)等多種方式，既可對同一地址單元的高低字節分別讀寫(xiě)，也可同時(shí)操作。因此片選讀寫(xiě)信號時(shí)序十分復雜。
　　本設計中sram片選讀寫(xiě)信號直接由tms320f206由數據線(xiàn)送入到cpld，而不必由cpld內部經(jīng)過(guò)復雜的譯碼邏輯電路產(chǎn)生，由此可見(jiàn)dsp＋cpld設計的簡(jiǎn)單。由于高速讀出波形數據送入d／a是在高速時(shí)鐘（100mhz）下進(jìn)行，因此高速讀出時(shí)，片選讀信號一直有效。而在寫(xiě)入時(shí)，由于會(huì )有較長(cháng)時(shí)間不對sram進(jìn)行操作，為避免因時(shí)鐘信號線(xiàn)上的毛刺而寫(xiě)入錯誤數據，因此在寫(xiě)入sram時(shí)，片選寫(xiě)信號只在寫(xiě)入的單個(gè)時(shí)鐘周期有效。

4　tms320f206軟件設計

信號源有聯(lián)機和脫機兩種工作方式，pcb板上有一個(gè)模式選擇開(kāi)關(guān)，tms320f206通過(guò)i／o端口io1檢測工作模式。tms320f206控制程序首先使tms320f206初始化，設置各個(gè)片內寄存器。然后根據io1的值決定從eeprom加載還是從微機加載。程序流程略。

5　實(shí)驗結果

用示波器對信號源所產(chǎn)生結果進(jìn)行測試，其結果如圖8和圖9所示，圖8為產(chǎn)生的正弦波和鋸齒波波形，圖9為脫機模式下產(chǎn)生的線(xiàn)性調頻信號的基帶波形，其時(shí)寬為25μs，基帶帶寬為37．5mhz，經(jīng)過(guò)4倍頻后，帶寬能達到300mhz。

實(shí)驗結果表明，運用dsp＋cpld來(lái)設計信號源的控制部分有很大的優(yōu)越性，系統靈活可調、性能穩定，復雜的控制用軟件實(shí)現簡(jiǎn)單，系統的高速特性也得到滿(mǎn)足。