基于DSP和CPLD的寬帶信號源的設(shè)計

1　引　言　　

信號源是雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分。雷達(dá)系統(tǒng)常常要求信號源穩(wěn)定、可靠、易于實現(xiàn)、具有預(yù)失真功能，信號的產(chǎn)生及信號參數(shù)的改變簡單、靈活。本文采用dsp和cpld來設(shè)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生成和加載任意波形數(shù)據(jù)，并能方便地實現(xiàn)對信號參數(shù)的控制和對波形數(shù)據(jù)的隨意修改，同時又能保證信號產(chǎn)生的高速、靈活可控。

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用波形存儲直讀法，即通過對存儲的波形采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)。本信號源可工作于聯(lián)機和脫機兩種方式。聯(lián)機工作時，波形數(shù)據(jù)從微機加載，由dsp控制，通過cpld內(nèi)的數(shù)據(jù)通道寫入sram，經(jīng)回讀、校驗后，從sram內(nèi)高速送入到數(shù)／模轉(zhuǎn)換器件產(chǎn)生雷達(dá)信號。脫機工作時，波形數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)上電時由eeprom加載，eeprom中可存放一組波形數(shù)據(jù)，也可存儲多組數(shù)據(jù)以方便應(yīng)用。

3　硬件實現(xiàn)

3．1　tms320f206與eeprom的接口設(shè)計

在實際系統(tǒng)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、靜態(tài)cmos數(shù)字信號處理器。它采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲器及專用的運算指令集，這些特點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，為兩線串行接口總線，標(biāo)準(zhǔn)與i2ctm兼容。scl為24lc256的時鐘輸入管腳，sda為其串行地址／數(shù)據(jù)輸入／數(shù)據(jù)輸出管腳。24lc256提供讀順序地址內(nèi)容的操作方式，其內(nèi)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(xù)順序地讀出整個存儲器的內(nèi)容。其時序如圖3所示。

設(shè)計中將tms320f206的通用i／o端口io2模擬出scl的時鐘，io3負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)寫入和從24lc256讀出（tms320f206與24lc256的接口如圖1所示）。脫機工作時，其流程如圖4。

3．2　cpld設(shè)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(nèi)部有288個宏單元，最高工作時鐘為151mhz。xc95288xl內(nèi)部邏輯分為三部分：tms320f206與微機接口的通信、高速地址計數(shù)、sram片選讀寫信號的產(chǎn)生。

3．2．1　tms320f206經(jīng)過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(shù)據(jù)到sram、將數(shù)據(jù)從sram回讀到微機，整個過程對于并行接口來說采用查詢方式，對于tms320f206來說采用中斷方式。tms320f206使用引腳接收由cpld發(fā)出的中斷，通過設(shè)置tms320f206片內(nèi)寄存器irm與icr，使tms320f206響應(yīng)中斷而不響應(yīng)。其時序如圖5和6所示。

脫機工作狀態(tài)下，從并口加載數(shù)據(jù)時，微機將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入sram，置busy＝0；從并口回讀數(shù)據(jù)時，微機設(shè)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(shù)據(jù)并送到并口，置＝0。
3．2．2　高速地址計數(shù)器設(shè)計
　　信號源中sram在產(chǎn)生雷達(dá)波形時工作在100mhz的高速時鐘下，這就要求設(shè)計的地址計數(shù)器也工作在100mhz的時鐘下。在同步計數(shù)器中，采用超前進(jìn)位（prescalar）技術(shù)來提高其性能，即將前端的、高速計數(shù)器的超前輸出作為后面的低速計數(shù)器的計數(shù)使能。實現(xiàn)時我們利用xilinx公司的eda軟件中提供的高效宏單元clbmap優(yōu)化布線，從而使計數(shù)器內(nèi)部延時最小。圖7為計數(shù)器輸出q0～q6的仿真結(jié)果。實驗表明，上述措施對于提高同步計數(shù)器的速度
非常有效。

3．2．3　sram片選讀寫信號的產(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(gòu)成。該器件支持單次讀寫、流水線讀寫、觸發(fā)式讀寫等多種方式，既可對同一地址單元的高低字節(jié)分別讀寫，也可同時操作。因此片選讀寫信號時序十分復(fù)雜。
　　本設(shè)計中sram片選讀寫信號直接由tms320f206由數(shù)據(jù)線送入到cpld，而不必由cpld內(nèi)部經(jīng)過復(fù)雜的譯碼邏輯電路產(chǎn)生，由此可見dsp＋cpld設(shè)計的簡單。由于高速讀出波形數(shù)據(jù)送入d／a是在高速時鐘（100mhz）下進(jìn)行，因此高速讀出時，片選讀信號一直有效。而在寫入時，由于會有較長時間不對sram進(jìn)行操作，為避免因時鐘信號線上的毛刺而寫入錯誤數(shù)據(jù)，因此在寫入sram時，片選寫信號只在寫入的單個時鐘周期有效。

4　tms320f206軟件設(shè)計

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

5　實驗結(jié)果

用示波器對信號源所產(chǎn)生結(jié)果進(jìn)行測試，其結(jié)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)生的線性調(diào)頻信號的基帶波形，其時寬為25μs，基帶帶寬為37．5mhz，經(jīng)過4倍頻后，帶寬能達(dá)到300mhz。

實驗結(jié)果表明，運用dsp＋cpld來設(shè)計信號源的控制部分有很大的優(yōu)越性，系統(tǒng)靈活可調(diào)、性能穩(wěn)定，復(fù)雜的控制用軟件實現(xiàn)簡單，系統(tǒng)的高速特性也得到滿足。