基于DSP和CPLD的宽带信号源的设计

【摘　要】　利用DSP和CPLD来设计宽带信号源，将DSP软件控制上的灵活性和CPLD硬件上的高速、高集成度和可编程性有机地结合起来，一方面使得信号源控制简单、可靠，同时保证产生的信号高速、准确。
　　关键词：DSP，CPLD，宽带信号源

1　引　言
　　信号源是雷达系统的重要组成部分。雷达系统常常要求信号源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能，信号的产生及信号参数的改变简单、灵活。本文采用DSP和CPLD来设计信号源的控制部分，一方面能利用DSP软件控制的灵活性，另一方面又能利用CPLD硬件上的高速、高集成度和可编程性。使用这种方法可以充分利用软件支持来生成和加载任意波形数据，并能方便地实现对信号参数的控制和对波形数据的随意修改，同时又能保证信号产生的高速、灵活可控。

2　系统结构
　　采用波形存储直读法，即通过对存储的波形采样数据进行数模变换，直接生成模拟信号的一种方法。图1为信号源的系统结构。本信号源可工作于联机和脱机两种方式。联机工作时，波形数据从微机加载，由DSP控制，通过CPLD内的数据通道写入SRAM，经回读、校验后，从SRAM内高速送入到数／模转换器件产生雷达信号。脱机工作时，波形数据可在系统上电时由EEPROM加载，EEPROM中可存放一组波形数据，也可存储多组数据以方便应用。
3　硬件实现
3．1　TMS320F206与EEPROM的接口设计
　　在实际系统中，DSP采用TI公司的TMS320F206芯片，EEPROM采用Microchip公司的24LC256 CMOS串行EEPROM（图2）。TMS320F206属于定点、静态CMOS数字信号处理器。它采用先进的哈佛结构，具有片内外设、片内存储器及专用的运算指令集，这些特点使得此器件使用灵活方便。24LC256工作电压为2．5V～5．5V，容量为32K×8bit，为两线串行接口总线，标准与I2CTM兼容。SCL为24LC256的时钟输入管脚，SDA为其串行地址／数据输入／数据输出管脚。24LC256提供读顺序地址内容的操作方式，其内部的地址指针在每次读操作完成之后加1，此地址指针允许在一次读操作期间，连续顺序地读出整个存储器的内容。其时序如图3所示。

　　设计中将TMS320F206的通用I／O端口IO2模拟出SCL的时钟，IO3负责将数据写入和从24LC256读出（TMS320F206与24LC256的接口如图1所示）。脱机工作时，其流程如图4。
3．2　CPLD设计
　　可编程逻辑器件采用XILINX公司的CPLD，型号为XC95288XL－6TQ144C。该器件为144－pin TQFP封装，内部有288个宏单元，最高工作时钟为151MHz。XC95288XL内部逻辑分为三部分：TMS320F206与微机接口的通信、高速地址计数、SRAM片选读写信号的产生。
3．2．1　TMS320F206经过CPLD与微机接口的通信
　　TMS320F206与微机接口的通信采用并行接口协议（EPP），主要完成从微机加载数据到SRAM、将数据从SRAM回读到微机，整个过程对于并行接口来说采用查询方式，对于TMS320F206来说采用中断方式。TMS320F206使用引脚接收由CPLD发出的中断，通过设置TMS320F206片内寄存器IRM与ICR，使TMS320F206响应中断而不响应。其时序如图5和6所示。

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　　脱机工作状态下，从并口加载数据时，微机将数据发送到并口，并发出低脉冲，CPLD接收STB到后，置BUSY＝1，发出中断信号，TMS320F206接收到中断后，控制CPLD锁存数据，并将数据写入SRAM，置BUSY＝0；从并口回读数据时，微机设置并口为输入状态，然后发出AUTOFEEDXT低脉冲，CPLD接收到后，置＝1，发出中断信号给TMS320F206，TMS320F206控制CPLD从SRAM读取数据并送到并口，置＝0。
3．2．2　高速地址计数器设计
　　信号源中SRAM在产生雷达波形时工作在100MHz的高速时钟下，这就要求设计的地址计数器也工作在100MHz的时钟下。在同步计数器中，采用超前进位（prescalar）技术来提高其性能，即将前端的、高速计数器的超前输出作为后面的低速计数器的计数使能。实现时我们利用XILINX公司的EDA软件中提供的高效宏单元CLBMAP优化布线，从而使计数器内部延时最小。图7为计数器输出Q0～Q6的仿真结果。实验表明，上述措施对于提高同步计数器的速度
非常有效。

3．2．3　SRAM片选读写信号的产生
　　波形存储单元由两片高速、低功耗，容量为128K×18bit的静态双口SRAM构成。该器件支持单次读写、流水线读写、触发式读写等多种方式，既可对同一地址单元的高低字节分别读写，也可同时操作。因此片选读写信号时序十分复杂。
　　本设计中SRAM片选读写信号直接由TMS320F206由数据线送入到CPLD，而不必由CPLD内部经过复杂的译码逻辑电路产生，由此可见DSP＋CPLD设计的简单。由于高速读出波形数据送入D／A是在高速时钟（100MHz）下进行，因此高速读出时，片选读信号一直有效。而在写入时，由于会有较长时间不对SRAM进行操作，为避免因时钟信号线上的毛刺而写入错误数据，因此在写入SRAM时，片选写信号只在写入的单个时钟周期有效。

4　TMS320F206软件设计
　　信号源有联机和脱机两种工作方式，PCB板上有一个模式选择开关，TMS320F206通过I／O端口IO1检测工作模式。TMS320F206控制程序首先使TMS320F206初始化，设置各个片内寄存器。然后根据IO1的值决定从EEPROM加载还是从微机加载。程序流程略。
5　实验结果
　　用示波器对信号源所产生结果进行测试，其结果如图8和图9所示，图8为产生的正弦波和锯齿波波形，图9为脱机模式下产生的线性调频信号的基带波形，其时宽为25μs，基带带宽为37．5MHz，经过4倍频后，带宽能达到300MHz。
　　实验结果表明，运用DSP＋CPLD来设计信号源的控制部分有很大的优越性，系统灵活可调、性能稳定，复杂的控制用软件实现简单，系统的高速特性也得到满足。