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fpga是什么?fpga经典规划与使用:根据FPGA的高速AD转化体系

fpga是什么?fpga经典设计与应用:基于FPGA的高速AD转换系统-在雷达设计中,需要对接收到的信号首先进行模数转换,其转换速度和准确性直接决定了之后FFT等运算的准确性,最终影响雷达测量精度。介

  FPGA简介

  FPGA(现场可编程门阵列)作为可编程逻辑器材,是在PAL等逻辑器材的基础上开展而来,其规划比较大,能够替代几百块通用IC芯片。它的结构首要由3部分组成:一个二维的逻辑块阵列,构成了其逻辑组成中心;输入/输出块;衔接逻辑块的互连资源。跟着超大规划集成电路工艺的不断提高,FPGA的规划也越来越大,它的单片逻辑门数已可达上百万门,功用也不断增强。用户能够在其基础上简略方便的完结规划。本规划选用芯片EP2C35F672C6。

  运用FPGA规划数字体系电路首要有如下特色:

  1)规划活络FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其作业状况的,因而,作业时需求对片内的RAM进行编程。用户能够依据不同的装备方式,选用不同的编程方法。

  2)集成度高 一片FPGA可替代几片、几十片甚至上百片中小规划的数字集成电路芯片。

  3)作业速度快FPGA的规划思维是并行的规划思维,而不是次序履行的软件思维,这样在规划上就大大提高了体系的作业速度。

  4)降低成本 跟着FPGA的工艺开展,FPGA现已战胜本身价位高的缺陷,具有较高的性价比。

  在雷达规划中,需求对接纳到的信号首要进行模数转化,其转化速度和精确性直接决议了之后FFT等运算的精确性,终究影响雷达丈量精度。介绍了一种依据FPGA,使用芯片ADS7890完成一种快速14位串行AD转化,对体系的软件和硬件做了阐明。硬件部分首要为ADS7890的根本外围电路以及芯片EP2C35F672C与其的操控衔接,软件部分使用Quartus II 8.0编程。

  当时实时测距技能有超声波测距、激光测距、雷达测距等。在原理上以上几种测距方法相似,但毫米波雷达测距战胜了其他几种勘探方法在运用中的一些缺陷。毫米波雷达有安稳的勘探功用,与光学比较,它不易受目标物外表形状和色彩的影响,而与超声波、红外线比较,它不受大气紊流的影响,且受雨、雾、雪、阳光、尘埃等的搅扰小。雷达接纳到的信号为一调频接连波信号,而跟着数字化的开展,在检测、操控等范畴,越来越多的模仿信号需求转化成数字信号进行处理。AD转化便是将输入的模仿信号以二进制数字输出的进程,依据香农(Shannon)定理:假如随时刻改变的模仿信号的最高频率为ω,只需依照采样频率ωs≥2ωmax进行采样,那么取出的样品系列(f1*(t)、f2*(t),…)就足以代表(或康复)f(t)。其首要包括采样、坚持、量化和编程4个进程。

  对应特定的使用,AD转化要求不同,在高频雷达规划中,要求AD转化有较高的转化速度,才干实时测距;而终究雷达测距的精度,与AD转化、FFT的位数有直接关系。一些自带AD的单片机不只数据处理速度慢,且AD位数也达不到要求,故本规划选用依据FPGA渠道,使用ADS78 90完成快速、高精度的模数转化。

  1 体系硬件电路

  体系首要整体结构如图1所示。

  

  该体系选用ALTERA公司的芯片EP2C35F672C6为操控中心,对ADS7890进行操控及转化成果数据处理。雷达测距可选用雷达IVS-167,它是Innosent公司推出的一款IVS(Innosent VCO stereo)系列的K-波段带VCO的雷达收发器。因为选用平面微带天线结构,且收发天线合一,使得其外形非常细巧,在作业中不只节能省电,并且非常易于集成于各种电路,也易于在装置环境中构建模块维护设备。

  在本规划中,以雷达接纳信号为模仿信号输入,经过功放电路使输入信号到达AD转化芯片要求,再使用FPGA发生时序操控ADS7890串行发送数字信号的开端、完毕,并对接纳到的数据处理后经过led显现成果。

  1.1 芯片ADS7890

  ADS7890是一种高位快速AD转化芯片,包括2.5 V内部参阅电压的模仿14位串行AD转化器,其最高采样率为1.25 MSPS,具有48个引脚,可作为SPI或DSP接口。芯片中含省电设备,当转化速度较低时进入省电方式。芯片可使用于光电传感器、电机电流/电压传感器、医疗检测仪器、高速数据收集体系等。

  ADS7890的根本外围电路如图2所示。模仿地与数字地分隔。、SDO 5个引脚与操控芯片相连。

  

 

  2 体系软件规划

  FPGA的根本操控时序图如图3所示。FS位为数据帧格局调理,其为高时为SPI方式,置低时为DSP方式,此规划用于SPI,将FS置高。CS下降沿触发ADS7890发送数据,在SCLK上升沿发送一位数据,14个脉冲对应AD转化的14位成果,之后用1、2个SCLK周期作为延时,以确保AD成果正确性。设置一位BUSY作为忙标志,置高后不接受数据。设置一复位位RESRT。SDO为数据传输位。

  

  编程规划选用VHDL言语。VHDL首要用于描绘数字体系的结构、行为、功用和接口。除了含有许多硬件特征的句子外,VHDL的言语方式和描绘风格与句法非常相似于一般的计算机高档言语。一个完好的VHDL言语程序一般含有5个部分:实体(EnTIty)、结构体(ArcbAtecture)、装备(ConfiguraTIon)、程序包(Package)和库(Library)。

  源程序中的结构体界说如下。留意ADS7890的输入对应的是EP2C35F672C6的输出。

  

  

  3 定论

  跟着数字化的开展,AD转化在各个范畴得到了充沛的使用,而对其的要求也越来越高。本规划选用高集成度的FPGA为硬件渠道,完成对高分辨率模数转化芯片ADS7890的操控使用,经实践查验具有较高转化精度,对快速改变的输入信号具有反响活络,体系测验精确、安稳牢靠。

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