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三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功

1概述。
　　三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功微波模塊，其研制開發(fā)要貫徹虛擬儀器思想，將硬件電路力求以軟件方式實現(xiàn)，一直是國內(nèi)外研究的課題。國外研制VXI微波信號源已積累了很成熟的經(jīng)驗，如Agilent公司，Racal公司已研制和推出了多種VXI微波信號源。并且性能好，功能多，頻帶寬（10MHz～20GHz），但是價格非常昂貴（4～5萬美金），對于在測試系統(tǒng)中使用時顯得過于浪費(fèi)，而且往往受到經(jīng)費(fèi)的限制。國內(nèi)對于微波信號源有臺式，PC卡式，目前暫時還沒有VXI微波信號源模塊產(chǎn)品。
　　本課題研制的VXI微波信號源是VXI系統(tǒng)中一個典型的模塊，在設(shè)計上它不僅保留了傳統(tǒng)臺式微波信號源所具有的各種功能，而且可以由計算機(jī)直接控制，可以很方便地與VXI總線測試系統(tǒng)集成，*大限度的發(fā)揮計算機(jī)和微電子技術(shù)在當(dāng)今測試領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　2硬件結(jié)構(gòu)。
　　VXI總線微波信號源模塊，是C尺寸，單槽，基于FPGA的，寄存器基A16/D16器件，由VXIbus寄存器基接口電路和微波信號源功能電路兩大部分組成。模塊整體結(jié)構(gòu)。
　　2.1接口電路。
　　三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功基接口電路主要包括：總線緩沖驅(qū)動，尋址和譯碼電路，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答狀態(tài)機(jī)，配置及操作寄存器組四個部分。
　　總線緩沖驅(qū)動完成對VXI背板總線中的數(shù)據(jù)線，地址線和控制線的緩沖接收或驅(qū)動，以滿足VXI規(guī)范信號的要求；尋址和譯碼電路部分對地址線及地址修改線進(jìn)行譯碼。當(dāng)器件被尋址時，接收地址線及地址修改線上的地址信息，并將其與本模塊上硬件地址設(shè)置的邏輯地址相比較，VXIbus系統(tǒng)為每一個VXI模塊分配0～255（00H～FFH）其中之一的**邏輯地址。如果相等，該器件被尋址選通，接著其結(jié)果被送往下**譯碼控制，選中模塊在16位地址空間的寄存器；數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答狀態(tài)機(jī)部分對VXI背板總線中的控制信號進(jìn)行組態(tài)，為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸周期提供時序及控制信號。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)控制者首先對模塊進(jìn)行尋址。當(dāng)模塊檢測到地址匹配及各控制線有效后，驅(qū)動DTACK*為低電平，以此向總線控制者確認(rèn)已經(jīng)將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上（讀周期）或已經(jīng)成功地接收到數(shù)據(jù)（寫周期）；配置及操作寄存器組部分實現(xiàn)VXI總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對寄存器基器件所提出的要求，包括基本配置寄存器（識別，器件類型，狀態(tài)與控制）以及與功能電路相關(guān)的操作寄存器組。在微波信號源模塊的設(shè)計中，與功能電路D/A轉(zhuǎn)換相關(guān)的只寫寄存器，用于給D/A轉(zhuǎn)換傳送數(shù)據(jù)及控制信號。與功能電路中數(shù)字電位器相關(guān)的寄存器，用于給數(shù)字電位器傳送控制信號。
　　接口電路中的四個部分除總線緩沖驅(qū)動采用74ALS245芯片來實現(xiàn)外，其余部分都可以用FPGA來實現(xiàn)。采用一片FLEX10K芯片EPF10K20RC208-3和一片EPROM芯片EPC1441P8，利用相應(yīng)軟件MAX PLUSⅡ來進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)。
　　2.2功能電路。
　　三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功功能電路主要包括：D/A轉(zhuǎn)換電路，放大處理電劉才斌：講師路，繼電器開關(guān)，VCO和電調(diào)衰減器四個部分。
　　根據(jù)設(shè)計要求，采用高精度的D/A轉(zhuǎn)換芯片，讀取VXI接口電路"操作寄存器組"送來的控制信號，地址與數(shù)據(jù)，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，后接運(yùn)算放大器，分兩路輸出：一路以陰隨器輸出，用于控制VCO，從而控制微波信號源的輸出頻率；另一路以三極管射隨器輸出，用于控制電調(diào)衰減器，從而控制微波信號源的輸出功率。D/A和接口之間的數(shù)據(jù)傳輸必須遵守VXI總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
　　在運(yùn)算放大電路中采用兩個非易失數(shù)控電位器，VXI接口電路"操作寄存器組"送來的控制信號與數(shù)字電位器的控制端相接，控制其滑動端的位置，來改變接入電路中電阻阻值的大小，從而改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，對微波信號源輸出的頻率帶寬和功率范圍進(jìn)行有效控制。通過軟件程序，可直接在軟面板上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，對頻率帶寬和功率范圍進(jìn)行調(diào)整。
　　該功能模塊要求有四個波段頻率，三種調(diào)制方式，這由繼電器開關(guān)來實現(xiàn)。各個繼電器如何動作，由接口電路"控制寄存器"送來的數(shù)字信號進(jìn)行控制。并把當(dāng)前的狀態(tài)回送到接口電路"狀態(tài)寄存器"，在虛擬儀器軟面板上顯現(xiàn)出來。
　　所設(shè)計的四個波段頻率范圍：2600MHz 300MHz，6780MHz 200MHz，9370MHz 300MHz，10500MHz 200MHz，由三個繼電器來進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換。直接在軟面板上進(jìn)行波段選擇和頻率設(shè)置，通過執(zhí)行編好的軟件，即可輸出所需要的波段頻率；三種調(diào)制方式是對微波信號進(jìn)行幅度調(diào)制：連續(xù)波方式是不加調(diào)制信號的狀態(tài)，內(nèi)調(diào)制方式所加的是模塊本身產(chǎn)生的1KHz調(diào)制信號，外調(diào)制方式時可以加入各種外接信號對它進(jìn)行幅度調(diào)制。由兩個繼電器來控制，可直接在軟面板上進(jìn)行操作。
　　VCO和電調(diào)衰減器密封屏蔽在一個盒里，向外伸出其控制端。壓控振蕩器（VCO），其振蕩頻率受電壓的控制；電調(diào)衰減器，其衰減量受電壓的控制。
　　3三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功。
　　該模塊的驅(qū)動程序和軟面板的設(shè)計均在Lab-Windows/CVI環(huán)境中完成。LabWindows/CVI是一個C程序員的軟件開發(fā)系統(tǒng)，它有一個開發(fā)儀器控制和采集函數(shù)庫和程序的交互式環(huán)境，提供了豐富的程序開發(fā)，儀器驅(qū)動的工具集，有很強(qiáng)大的代碼自動生成功能。
　　3.1模塊驅(qū)動程序設(shè)計。
　　在LabWindows/CVI環(huán)境下，編制微波信號源模塊的驅(qū)動程序，主要是部件函數(shù)的編制和動態(tài)鏈接庫的生成。
　　按照VPP儀器驅(qū)動程序的內(nèi)部設(shè)計模型要求，對于任何儀器，都應(yīng)有函數(shù)樹面板，包括初始化，關(guān)閉，錯誤信息，錯誤查詢以及功能函數(shù)。規(guī)劃出微波信號源模塊的函數(shù)樹，設(shè)計出模塊驅(qū)動程序軟件流程。按照驅(qū)動程序軟件流程，模塊上電復(fù)位后，先進(jìn)行接口初始化。然后進(jìn)行模塊自檢，自檢通過后，模塊已準(zhǔn)備好與VXI總線進(jìn)行通訊。模塊驅(qū)動程序軟件流程。
　　編寫儀器驅(qū)動的函數(shù)代碼是設(shè)計儀器驅(qū)動程序的核心工作，如果前期的函數(shù)樹規(guī)劃工作做得完全，細(xì)致，這一部分的工作難度將大大降低。在本模塊設(shè)計中，編寫出了儀器驅(qū)動的函數(shù)代碼，完成了為用戶提供的各個函數(shù)的定義。
　　3.2模塊儀器軟面板設(shè)計。
　　隨儀器驅(qū)動程序一同發(fā)布的還有儀器軟面板，它為用戶提供了交互式操作儀器的圖形接口，取代了傳統(tǒng)的臺式儀器的前面板，在計算機(jī)屏幕上顯示出用于控制儀器的各種按鍵，旋鈕和儀器的輸出信息，用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行操作。軟面板有兩個功能：一是在系統(tǒng)集成初始化時，用于檢驗儀器通信和修改儀器操作，幫助用戶檢查系統(tǒng)的通訊接口和儀器是否配置正確，能否正常工作；二是在系統(tǒng)集成完成時，又可用于實現(xiàn)儀器功能，并能幫助用戶理解和熟悉儀器特性。
　　儀器軟面板是一個可獨(dú)立運(yùn)行的WINDOWS應(yīng)用程序，VPP規(guī)范對于軟面板的開發(fā)也做出了一系列的要求。按照VPP的規(guī)定，軟面板是標(biāo)準(zhǔn)的可執(zhí)行文件，不依賴于任何編程環(huán)境。
　　LabWindows/CVI環(huán)境提供了很強(qiáng)大的界面設(shè)計能力，能提供給用戶一個界面友好，功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。給出了微波信號源模塊的軟面板，滿足新型儀器設(shè)備的面板設(shè)計要求。在本模塊設(shè)計中，采用回調(diào)函數(shù)處理用戶事件，編制并且給出了軟面板上所有控件的回調(diào)函數(shù)代碼。本模塊儀器軟面板如圖3所示。
　　4三相綜合移相器的預(yù)設(shè)以及成功。
　　4.1集成度高。
　　采用FPGA后，使接口電路的設(shè)計大大簡化了，這就可以將主要精力集中在具體的功能實現(xiàn)上，縮短了模塊的研發(fā)周期。實踐證明，采用FPGA技術(shù)可實現(xiàn)高靈活性的VXI總線硬件接口電路，并能大大減少接口電路所占的印刷板空間，且具有良好的通用性。它提高了VXI總線虛擬儀器系統(tǒng)的集成度和可靠性，電路調(diào)試手段靈活，工作效率得到了很大提高。
　　4.2界面友好。
　　VXI微波信號源模塊作為一種虛擬儀器，要求提供給用戶一個界面友好，功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。在LabWindows/CVI環(huán)境下，設(shè)計出了模塊儀器軟面板，它取代了傳統(tǒng)的臺式儀器的前面板，通常稱其為虛擬面板。用鼠標(biāo)和鍵盤操作起來非常方便，就象操作自己定義，自己設(shè)計的一臺傳統(tǒng)儀器一樣。真正實現(xiàn)了"軟件就是儀器".4.3設(shè)計合理。
　　本模塊的整體結(jié)構(gòu)由接口電路和功能電路兩大塊組成，這兩大塊之間既相互聯(lián)系，又相對獨(dú)立，結(jié)構(gòu)設(shè)計非常合理。其接口電路可移植性很強(qiáng)，可以用到其他VXI模塊的開發(fā)上，只需要在用FPGA實現(xiàn)時，對MAX PLUSⅡ設(shè)計的電路進(jìn)行修改就可以了，其印刷板硬件電路不用更改。另外，為了提高電路的抗干擾能力，對各波段VCO和電調(diào)衰減器進(jìn)行密封屏蔽，在PCB板設(shè)計時提供VCC和GND平面。
　　經(jīng)實際運(yùn)行證明，本模塊設(shè)計合理，操控簡便，配置靈活，工作穩(wěn)定，性能可靠，是通用自動測試系統(tǒng)中不可缺少的高性能微波信號源模塊，成功實現(xiàn)了對雷達(dá)跟蹤能力和接收機(jī)靈敏度的自動檢測。

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