FPGA數(shù)字變換器控制電路設計攻略 —電路圖天天讀（102）

　　在飛行器發(fā)射試驗中，常用遙測系統(tǒng)獲取其內(nèi)部各系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為評定飛行器的性能及故障分析提供依據(jù)。數(shù)字量變換器作為遙測系統(tǒng)彈上的重要設備，它的主要功能是控制接收彈上的各種飛行參數(shù)。變換器性能的優(yōu)劣將直接影響遙測結(jié)果，對飛行器研制和試驗過程中試驗數(shù)據(jù)的測試產(chǎn)生很大影響，將關系到飛行器試驗的成敗和以后飛行器性能的改進和提高。在飛行器的研制過程中，多次試驗和考核是非常重要的。對數(shù)字量變換器做出準確、客觀、可靠地評價是其生產(chǎn)過程中的關鍵環(huán)節(jié)，而這一環(huán)節(jié)只能由變換器測試系統(tǒng)來完成?？?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程邏輯器件（FPGA）以其高速、可重構(gòu)、設計靈活、開發(fā)費用低、I/O 引腳和內(nèi)部資源豐富的等優(yōu)點，在近代測試系統(tǒng)中贏得了越來越廣泛的應用。本文以FPGA 為邏輯控制中心設計的測試系統(tǒng)，主要是對數(shù)字量變換器進行單元測試，在其實際研制和調(diào)試過程中發(fā)揮了關鍵的作用。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　系統(tǒng)設計時，采用模塊化設計的思想，按照技術(shù)指標設計各個功能模塊，通過各模塊之間的協(xié)調(diào)配合完成系統(tǒng)的測試任務。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)由計算機、USB 芯片FT245、兩片F(xiàn)PGA、輸出電源電壓控制模塊、計算機字信號發(fā)送模塊、勤務信號發(fā)送模塊、計算機字數(shù)碼與指令數(shù)碼接收模塊和指令信號發(fā)送模塊組成。模塊化設計能夠使在進行系統(tǒng)調(diào)試和硬件編程時，簡單、快速的定位并解決問題。

　　硬件電路選用XILINX 公司的XC3S200-208和XC2S100-208兩片F(xiàn)PGA 作為系統(tǒng)的邏輯控制中心，其中XC3S200-208作為主控芯片，主要實現(xiàn)對上位機的命令接收和判斷，進而產(chǎn)生和發(fā)送計算機字信號，接收計算機字數(shù)碼和指令數(shù)碼并編幀、上傳數(shù)據(jù)至上位機；XC2S100-208作為從控制芯片，完成128路指令信號的發(fā)送；兩片F(xiàn)PGA 之間采用串行通信的方式發(fā)送控制命令來實現(xiàn)通訊。另外，通過上位機軟件可以實現(xiàn)向系統(tǒng)發(fā)送復位或停止命令，這樣能夠減少硬件的功耗并提高測試系統(tǒng)的工作效率。

　　USB 接口模塊實現(xiàn)

　　USB 具有成本低、通用性好、連接簡單、支持熱拔插等特點，而從系統(tǒng)實際的速率傳輸要求出發(fā)，設計采用通用USB 接口芯片F(xiàn)T245BM 實現(xiàn)與上位機的通信。FT245BM 主要的功能是在內(nèi)部邏輯的作用下實現(xiàn)數(shù)據(jù)串/并雙向轉(zhuǎn)換，它的最大傳輸速率可以達到M/s.FT245BM 免去了復雜的固件編程及驅(qū)動程序的編寫，能夠簡化USB 的接口設計，為系統(tǒng)節(jié)省設計時間。

　　FT245BM 的8位數(shù)據(jù)線D7~D0、讀信號RD、寫信號WR、發(fā)送使能TXE、接收數(shù)據(jù)完畢信號RXF 與FPGA 連接，來完成兩者的通信。計算機通過應用程序、動態(tài)鏈接庫的有效配合將控制命令信號發(fā)送到FT245BM，F(xiàn)PGA 利用與之相連的I/O 口接收下發(fā)的控制命令或是發(fā)送上傳的測試數(shù)據(jù)。

　　輸出電源電壓控制模塊實現(xiàn)

　　由于需要為被測數(shù)字量變換器提供3檔工作電壓25V、28V、31V，在電源模塊輸出端連接三種不同阻值的電阻，就可以實現(xiàn)3種電壓的切換，實現(xiàn)控制的電路如圖3所示。

　　圖中VCON+，VCON-為電源模塊的輸入電壓，R25、R26、R27三組電位器用來調(diào)節(jié)電阻。25VCON、31VCON 分別與FPGA 的I/O 相連，是FPGA 給出的控制信號，電路中三極管的作用是利用其電流放大來增加信號的驅(qū)動能力。通過FPGA 對控制命令的判斷來實現(xiàn)3檔電壓的控制。此外，系統(tǒng)的默認及復位的輸出電壓為28V。