基于FPGA的空間電場信號采集系統(tǒng)設計
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2．2 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)
借助Matlab中的濾波器設計和分析工具FDATool，其操作簡單、靈活，用戶只需在GUI中輸入設計需要的濾波器各項參數(shù)，就可以獲得需要的數(shù)字濾波器。本設計中共劃分為4個頻段：0～100 Hz，100 Hz～10 kHz，10～100 kHz，100 kHz～1 MHz，經實驗發(fā)現(xiàn)，頻帶寬度過大的帶通濾波器性能不是很理想，通帶內幅度并不平坦，失真較大。因此除了第一個頻段采用低通濾波器外，另外三個頻段采用低通濾波器+高通濾波器的方法來實現(xiàn)，如頻帶為100 Hz～10 kHz可以用截止頻率為10 kHz的低通濾波器和100 Hz的高通濾波器相加得到。將生成的FIR濾波器系數(shù)．coe文件導入4個Xilinx ISE中的IP核中，分別例化生成四個FPGA片內的數(shù)字濾波器，對X，Y，Z三個方向采集到的電場信號進行頻段的劃分。
2．3 同步422
將X，Y，Z每個方向的各個通道的濾波后的信號，加上包頭、時間碼、通道號、校驗碼之后通過422芯片DS26LV31AT、發(fā)送給后端的設備。主要包括兩個子模塊：波特率產生模塊和發(fā)送模塊。
波特率產生模塊：系統(tǒng)外接18．432 MHz晶振，用來產生同步422通信所需要的115 200 b／s的波特率。本模塊采用10 MHz時鐘。波特率的計算：(1／115 200)／(1／1×107)=86個系統(tǒng)時鐘周期，為得到50％占空比的波特率時鐘，使得計數(shù)器在計數(shù)到86／2=43時將輸出置高，之后在計數(shù)到86時將輸出置低并重新計數(shù)，就可實現(xiàn)所需波特率的時鐘；發(fā)送模塊：采用狀態(tài)機進行編寫，由五個狀態(tài)(IDLE，WAIT，STAR T，SHIFT，STOP)和一個進程組成。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
本設計系統(tǒng)硬件設計采用Altium Designer 6．0繪制原理圖和PCB圖，FPGA程序設計則是在Xilinx ISE 11和Modelsim SE 6．5e平臺上設計和仿真，濾波器系數(shù)則是在Matlab中的FDA tools工具箱中生成并導入ISE中的有限脈沖響應的知識產權核中。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/189721.htm
在系統(tǒng)的輸入端加入-3～3 V的模擬輸入電壓進行測試，進行FPGA片上數(shù)據(jù)采集處理實驗，在每個模塊的輸出端添加測試焊點，方便逐步調試。系統(tǒng)設計框圖如圖4所示，根據(jù)后端收到的實驗數(shù)據(jù)對比可知，本系統(tǒng)設計完成了設計要求。
4 結語
本文提出的基于FPGA的空間電場信號采集系統(tǒng)應用于探空火箭有效載荷——箭載電場儀探頭后端信號采集與處理部分，也可以為地面電場儀處理電場信號提供服務。該方案解決了電場信號采集系統(tǒng)設計要求，避免了模擬濾波電路易受溫度、噪聲等影響，硬件電路大大簡化，可調適性好。經過實踐證明本設計方法設計正確，減輕了設計者對于龐大模擬電路的設計負擔，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，可移植性強，可用于多種數(shù)據(jù)采集電路的設計，有一定的參考價值。
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