DSP+CPLD空间瞬态光辐射信号实时探测系统（2） 转换器, 光辐射, 线路板, 空间, 高频

yuyang911220

　3.2 cpld控制a/d变速率采样
　　为了进一步减少信号处理的数据量，实现实时处理，本文采用了变速率采样的方法解决线路板面积有限与数据处理需要大容量存储空间的矛盾。
　　由空间瞬态光辐射信号特征可知，其初始值变化速度快，高频分量所占比重较大;而后面信号变化速度逐渐减小，越靠后信号越接近缓变信号，低频含量高。所以采用采样间隔逐渐增大的方法实现变速率采样。
　　初始采样频率为f,每隔m个采样点采样频率下降一半,一直到采样结束。在电路实现中采用的方法是：a/d转换器按照固定的转换速率进行模拟量到数字量的转换，而cpld控制采样数据的变速率接收并存储至fifo。
　　fifo存储数据由其写使能控制信号wen(低电平有效)决定：当wen为低电平时，数据在每个写时钟信号wclk的上升沿写入fifo;当wen为高电平时，数据保持不变。因此，控制fifo变速率接收数据即控制它的写使能信号wen为低电平的间隔变速率变化。在CPLD中由写时钟信号wclk每隔m点二分频后、再调整占空比即可实现wen的时序信号。
　　cpld对fifo变速率接收采样数据的逻辑控制，用美国altera公司的软件mux+plus ii可由三种方法实现：一是用计数器、分频器等画电路图实现;二是用vhdl语言或ahdl语言编程实现;三是输入时序波形文件实现。针对本系统而言，采取第二本文中a/d转换器采用美国ad公司的ad678，它是一个12bit的多用途a/d转换器，内部包括采样保持器、微处理器接口、基准电压源和时钟驱动电路，具有高可靠性和低功耗等特性。
　　3.3 由cpld进行上升速率初判
　　目标信号幅度值从超过阈值起始点开始的一段时间内的上升速率是判断其能量范围的重要判据。因此电路中采用cpld对a/d采样的数据做初步判断。当目标信号上升速率满足设定要求时，产生上升速率触发信号，并与其它结果做符合判定;否则丢弃当前数据，等待下一次探测数据。
　　3.4 fifo存储
　　fifo(first in first out)是一种先进先出的存储器，即先读入的数据先读出。fifo存储器自身的访问时间一般为几十纳秒。a/d转换器等外设速度一般比DSP慢。如果采用fifo，a/d可以先将数据送往fifo，一旦fifo满，fifo再向dsp申请中断。这样可以省去dsp等待与查询的时间，而且中断次数也可以减少，从而提高传输速度。
　　本系统中,fifo作为缓冲存储器给上升速率初判电路和dsp处理器提供数据，同时作为变速率采样结果的暂存单元。本文采用美国idt公司的idt72xxx系列同步并行fifo实现对数据的缓存。
　　4 dsp信号识别及存储模块
　　4.1 dsp处理及存储
　　目标信号自动识别能量范围和录取的核心是dsp信号处理模块。为了满足实时处理的要求，硬件的选取应以尽可能少的占用系统时间资源为基础。从这个基本原则出发，采用tms320c32作为处理器。它是目前ti公司浮点dsp系列中性价比较高、在国内已得到广泛应用的芯片。它的指令周期为33/40/50ns，具有丰富的硬件资源，如内部有512字节的ram、串行口、分开的程序总线、数据总线和dma总线等，并且外部存储器宽度可变、有程序引导(boot-load)功能。在软件方面，它丰富的指令系统、灵活的程序控制、流水线操作和多样的寻址方式等特点使其特别适合于数字信号处理。
　　dsp处理模块主要由dsp、慢速eprom、高速sram、绝对时钟芯片rtc(real-time-clock)及rs232串口组成。其中，选择慢速eprom主要是为了降低系统成本，本文采用美国atmel公司的at27c010芯片。用于存储程序和初始化数据。高速sram用于程序执行和数据的暂存，本文采用美国issi公司的is61c6416芯片，它与慢速eprom配合，既降低了系统成本，又能使程序快速运行，实现对信号的实时处理。
　　一旦目标事件发生，输入信号经a/d转换后，数据缓存在fifo中，以备dsp调用。dsp上电复位后，将存储在慢速eprom中的程序装载到高速sram中运行，对暂存在fifo中的目标信号数据进行能量范围的识别和处理;然后从绝对时钟芯片rtc取得目标事件发生的时刻值，和处理结果一起存储在sram中;并将信号处理结果与发生时刻值从rs232串口输出到pc机。
　　系统工作流程是：空间瞬态光辐射信号经光辐射探测器转换为电信号，经前级预处理电路放大、去噪并压缩动态范围;若信号超过阈值，则阈值触发电路触发a/d采样后暂存在fifo中，否则不触发a/d;由上升速率初判电路初步检测信号初始值的上升速率?熏当上升速率满足设定要求时，产生上升速率触发信号，否则丢弃当前数据;上升速率触发信号产生后，dsp从fifo中取得数据，对信号进行模式识别和处理，存储处理结果并经接口电路传送到pc机。
　　4.2 绝对时钟芯片rtc
　　所谓绝对时钟是指不仅支持每天时间的更新，而且支持日期(世纪、年、日、星期)更新的一种永久性时钟电路。本文采用美国motorala公司的ds12887时钟芯片，它对年、月、日、时、分、秒、星期进行自动记录，内含114字节的ram单元和内置晶振电路，支持多种中断方式，备用电池可供其工作10年，是目前计算机上的主流实时时钟芯片。
　　4.3 rs232串口
　　由于rs232串口电平标准采用了负逻辑，与dsp的电平标准不兼容，所以采用rs232串口收发的数据需要进行电平转换。本文采用美国maxim公司的max232芯片作为电平转换器件，它仅需+5v电源，电平转换所需的±10v电源由片内电荷泵产生。
　　dsp芯片自带的串口为同步串口，而rs232信号是异步信号，故需外加异步串行通信接口芯片uart(universal asynchronous receiver/transmitter)。本文采用美国ti公司的tl16c550芯片，它具有全双工、双缓冲器发送器和接收器。uart接收dsp发送的处理结果和发生时刻值，存入自身所带的fifo中，再通过max232进行电平转换，最后从rs232串口中输出到pc机。
　　本系统采用dsp+cpld模式实现对空间瞬态光辐射信号的实时处理，有效解决了线路板面积有限和实时处理需大容量存储空间的矛盾，从而使系统性价比达到最佳状态。实验表明，系统可识别一般空间瞬态信号，结果较为理想。