FPGA数字变换器控制电路设计攻略数字变换器控制电路设计攻略
本文以FPGA 为控制核心,开展数字量变换器测试系统设计, 系统通过USB 实现与计算机的通信,能够产生计
算机字信号及相应移位脉冲信号、勤务信号和128路指令信号,并能接收经过数字量变换器变化后的计算机数码
和指令数码信号,测试系统能够完成对数字量变换器各项性能指标的测试。实验表明,测试系统精度及可靠性
高、实时性好,已经成功应用于某遥测系统中。
在飞行器发射试验中,常用遥测系统获取其内部各系统的工作状态参数和环境数据,为评定飞行器的性能及故障分析提供依
据。数字量变换器作为遥测系统弹上的重要设备,它的主要功能是控制接收弹上的各种飞行参数。变换器性能的优劣将直接影
响遥测结果,对飞行器研制和试验过程中试验数据的测试产生很大影响,将关系到飞行器试验的成败和以后飞行器性能的改进
和提高。在飞行器的研制过程中,多次试验和考核是非常重要的。对数字量变换器做出准确、客观、可靠地评价是其生产过程
中的关键环节,而这一环节只能由变换器测试系统来完成。可编程逻辑器件(FPGA)以其高速、可重构、设计灵活、开发费
用低、I/O 引脚和内部资源丰富的等优点,在近代测试系统中赢得了越来越广泛的应用。本文以FPGA 为逻辑控制中心设计的
测试系统,主要是对数字量变换器进行单元测试,在其实际研制和调试过程中发挥了关键的作用。
系统结构和工作原理
系统设计时,采用模块化设计的思想,按照技术指标设计各个功能模块,通过各模块之间的协调配合完成系统的测试任务。系
统的整体结构框图如图1所示,整个系统由计算机、USB 芯片FT245、两片FPGA、输出电源电压控制模块、计算机字信号发
送模块、勤务信号发送模块、计算机字数码与指令数码接收模块和指令信号发送模块组成。模块化设计能够使在进行系统调试
和硬件编程时,简单、快速的定位并解决问题。
硬件电路选用XILINX公司的XC3S200-208和XC2S100-208两片FPGA 作为系统的逻辑控制中心,其中XC3S200-208作为主
控芯片,主要实现对上位机的命令接收和判断,进而产生和发送计算机字信号,接收计算机字数码和指令数码并编帧、上传数
据至上位机;XC2S100-208作为从控制芯片,完成128路指令信号的发送;两片FPGA 之间采用串行通信的方式发送控制命令
来实现通讯。另外,通过上位机软件可以实现向系统发送复位或停止命令,这样能够减少硬件的功耗并提高测试系统的工作效
率。
USB 接口模块实现
USB 具有成本低、通用性好、连接简单、支持热拔插等特点,而从系统实际的速率传输要求出发,设计采用通用USB 接口芯
片FT245BM 实现与上位机的通信。FT245BM 主要的功能是在内部逻辑的作用下实现数据串/并双向转换,它的最大传输速率
可以达到M/s.FT245BM 免去了复杂的固件编程及驱动程序的编写,能够简化USB 的接口设计,为系统节省设计时间。