基于DSP和CPLD的寬帶信號源的設計
【摘 要】 利用DSP和CPLD來設計寬帶信號源，將DSP軟件控制上的靈活性和CPLD硬件上的高速、高集成度和可編程性有機地結合起來，一方面使得信號源控制簡單、可靠，同時保證產(chǎn)生的信號高速、準確?！ ￡P鍵詞：DSP，CPLD，寬帶信號源
1 引 言 信號源是雷達系統(tǒng)的重要組成部分。雷達系統(tǒng)常常要求信號源穩(wěn)定、可靠、易于實現(xiàn)、具有預失真功能，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)結構 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，波形數(shù)據(jù)從微機加載，由DSP控制，通過CPLD內的數(shù)據(jù)通道寫入SRAM，經(jīng)回讀、校驗后，從SRAM內高速送入到數(shù)／模轉換器件產(chǎn)生雷達信號。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)以方便應用。3 硬件實現(xiàn)3．1 TMS320F206與EEPROM的接口設計 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。它采用先進的哈佛結構，具有片內外設、片內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，標準與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(xù)順序地讀出整個存儲器的內容。其時序如圖3所示。
設計中將TMS320F206的通用I／O端口IO2模擬出SCL的時鐘，IO3負責將數(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個宏單元，最高工作時鐘為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(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，通過設置TMS320F206片內寄存器IRM與ICR，使TMS320F206響應中斷而不響應。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)器設計 信號源中SRAM在產(chǎn)生雷達波形時工作在100MHz的高速時鐘下，這就要求設計的地址計數(shù)器也工作在100MHz的時鐘下。在同步計數(shù)器中，采用超前進位（prescalar）技術來提高其性能，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)器內部延時最小。圖7為計數(shù)器輸出Q0～Q6的仿真結果。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雜。 本設計中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內部經(jīng)過復雜的譯碼邏輯電路產(chǎn)生，由此可見DSP＋CPLD設計的簡單。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，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，設置各個片內寄存器。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 實驗結果 用示波器對信號源所產(chǎn)生結果進行測試，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)生的線性調頻信號的基帶波形，其時寬為25μs，基帶帶寬為37．5MHz，經(jīng)過4倍頻后，帶寬能達到300MHz。 實驗結果表明，運用DSP＋CPLD來設計信號源的控制部分有很大的優(yōu)越性，系統(tǒng)靈活可調、性能穩(wěn)定，復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。
參考文獻 1 李伯成等編．IBM PC微機應用系統(tǒng)設計．西安：西安電子科技大學出版社，1996