基于FPGA的无线电修正信号编码控制系统设计.pdf

基于FPGA的无线电修正信号编码控制系统是利用现场可编程门阵列（FPGA）的灵活性和高性能硬件资源来实现的一种硬件设计。该设计的目的是为了提供无线电修正单元信号编码控制，并能够与上位机进行串口通讯，以生成副载频调制板和微波单元所需的控制信号。此外，系统还包括自检测、点频号、帧号以及衰减信号等信息的实时显示，通过LCD显示屏向用户提供良好的人机界面。 FPGA是一种半导体设备，它允许用户根据需求对硬件逻辑进行编程和重新配置。其特点包括高数据吞吐率、大量的可编程逻辑单元、丰富的布线资源，而且设计成本较低、设计周期短，具备较高的可靠性。因此，FPGA在信号处理领域的应用越来越广泛，并已成为主流处理器之一。 硬件设计部分包括了电源、串口通讯电路以及FPGA电路的设计。系统需要+12V、-12V、+5V、+3.3V、+2.5V和+1.2V共六种电源。其中+12V、-12V和+5V电源通过外部连接器引进，并进行滤波处理；而+3.3V、+2.5V和+1.2V电源则通过ALPHA公司的线性电源芯片AS2830AT从+5V电压源变换得到，AS2830AT最大输出电流为3A，足以满足系统的电流需求。 串口通讯电路使用了MAX3232CPE电平转换芯片，用于实现FPGA的LVTTL逻辑电平和RS232的±12V电平之间的相互转换，从而完成上位机与FPGA之间的数据通信。串口参数设置为波特率19200，无校验位，数据位为8，停止位为1。 FPGA电路使用了Xilinx公司的SPARTAN3系列中的XC3S400芯片，该芯片拥有40万门逻辑资源，并由五个基本的可编程功能模块组成：可配置逻辑块（CLB）、输入/输出模块、数字信号处理模块（DSP）、块RAM以及内部时钟管理模块。XC3S400通过这些模块能够执行复杂的信号处理和控制任务。 系统组成由RS232串口通讯电路、FPGA电路、副载频调制板控制信号产生电路以及LCD显示控制模块等四部分构成。FPGA作为核心部件，通过RS232接收上位机的数据和命令，根据不同模式启动相应的控制流程。这些流程包括产生PK同步信号、钟形脉冲、信号副载频调制信号、衰减控制信号和点频控制信号。这些信号随后会被送到副载频调制板，以产生无线电修正通道所需的高频信号，同时也会产生CC信号，输出到测控设备主控单元作为无线电修正通道的时序同步信号。此外，频点信息和衰减控制信息会传送到机柜前面板LCD显示模块进行显示。 本文的目标芯片是Xilinx公司的FPGA。系统的基本原理图展示了FPGA是如何接收上位机数据，根据数据和命令（调试模式、工作模式或数据装订模式）产生相应信号，并将这些信号用于控制副载频调制板以产生高频信号的过程。同时，将相关控制信息显示在LCD显示屏上，为用户提供交互界面。 总结而言，基于FPGA的无线电修正信号编码控制系统设计是一个利用FPGA的强大逻辑处理能力和灵活的编程特性来实现的无线电修正信号处理系统。该系统不仅能够进行复杂的信号编码控制，还能够提供用户友好的人机界面。设计中所涉及的电源、串口通讯、FPGA电路等硬件设计要点，都是确保系统能够高效、准确地执行任务的关键。