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根据单片机+FPGA频谱分析仪体系电路设计详解

目前,由于频谱分析仪价格昂贵,高等院校只是少数实验室配有频谱仪。但电子信息类教学,如果没有频谱仪辅助观察,学生只能从书本中抽象

  现在,因为频谱分析仪价格昂贵,高等院校仅仅少量试验室配有频谱仪。但电子信息类教育,假如没有频谱仪辅佐调查,学生只能从书本中笼统了解信号特征,严重影响教育试验作用。针对这种现状提出一种根据FPGA的简易频谱分析仪规划方案,其长处是成本低,性能指标满意教育试验所要求的检测信号规模。

  规划方案

  图1为体系规划整体框图。该体系选用C8051($8.5125)系列单片机中的C8051($8.5125)F121作为操控器,CvcloneⅢ系列EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA为数字信号算法处理单元。体系规划遵从抽样定理,在时域内截取一段恰当长度信号,对其信号抽样量化,依照详细的过程求取信号的频谱,并在LCD上显现信号的频谱,一起供给友爱的人机会话功用。该体系最小分辨率为1 Hz,可分析带宽为0~5 MHz的各种信号。

  

  因为单片机C8051($8.5125)F121内部集成A/D转化器,可以有用丈量自动增益操控AGC压差,计算出对输入信号的扩大倍数;别的,该单片机内置高速操控内核和丰厚的存储器,使其可以操控整个体系;EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA内置丰厚的存储器资源,保证该体系具有满意的空间存储收集的点数,完结离散傅里叶变换、数字滤波器、数字混频等信号处理。

  AGC电路

  输入信号经高速A/D采样,信号起伏有必要满意A/D的采样规模,最高为2-3V,因此该体系规划应加AGC电路。AGC电路选用AD603($6.4440)型线性增益扩大器。图3为AGC电路。

  

  A/D转化电路

  ADS2806($21.5437)是一款12位A/D转化器,其特色为:无杂散信号动态规模(SFDR)为73 dB;信噪比(SNR)为66 dB;具有内部和外部参阅时钟;采样速率为32 MS/s。图4为ADS2806($21.5437)的电路。为使A/D转化更安稳,在A/D转化器的电源引脚上添加滤波%&&&&&%,按捺电源噪声。该电路结构简略,在时钟CLK的驱动下,数据端口实时输出数据,供FPGA读取。

  

  FPGA及外围接口模块

  选用Cyclone($898.9000)Ⅲ系列EP3C40F484($86.5000)型FPGA,该器材内部有39 600个LE资源,有1 134 000 bit的存储器,一起还有126个乘法器和4个PLL锁相环。因为该器材内部有很多资源,因此可满意其内部完成数字混频、数字滤波、以及FFT运算。FP -GA正常作业时,首要需求的外部接口有:时钟电路、JTAG下载电路、装备器材及下载电路。图5为FPGA的外围接口电路。

  

  该体系可以方便地在LCD上显现信号的频谱结构图。操作简略,便于学生进行操作,有助于试验教育课上学生更直观知道信号频谱结构,然后促进试验课教育。

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