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三相綜合移相器的預設以及成功

1概(gai)述。
　　三相綜(zong)合移相器(qi)的(de)預設以及成功微波(bo)模塊，其研(yan)制(zhi)開發(fa)要貫徹虛(xu)擬儀器思(si)想，將硬件電(dian)路力求以軟件方式實現，一直(zhi)是國(guo)內外(wai)研(yan)究的(de)課題。國(guo)外(wai)研(yan)制(zhi)VXI微波信號源已積(ji)累了很(hen)成熟的(de)經驗，如Agilent公司，Racal公司(si)已研制和推(tui)出(chu)了(le)多(duo)種VXI微(wei)波信號源。并且性能(neng)好，功能(neng)多，頻帶寬（10MHz～20GHz），但是價格非常昂貴（4～5萬美金），對于(yu)(yu)在測試系統中使用(yong)時顯得(de)過于(yu)(yu)浪(lang)費，而且(qie)往(wang)往(wang)受到(dao)經費的(de)限制。國(guo)內對于(yu)(yu)微波信號源有臺式(shi)，PC卡式，目前暫(zan)時(shi)還(huan)沒有VXI微波信(xin)號源(yuan)模塊(kuai)產品。
　　本課題研制的(de)VXI微波(bo)信(xin)號源是(shi)VXI系統中一個典型的(de)模塊，在設計上它不僅保留了傳統臺式微波信號源所具有的(de)各種功(gong)能(neng)，而且可以由計算機直(zhi)接控制，可以很方便地與(yu)VXI總(zong)線測試系(xi)統集(ji)成(cheng)，*大限度(du)的(de)發揮計算機和微電子技(ji)術在當(dang)今測試領域中(zhong)的(de)應用(yong)，具(ju)有廣闊的(de)發展前景(jing)。
　　2硬件結構。
　　VXI總線微波信(xin)號源模塊，是(shi)C尺寸，單槽，基于(yu)FPGA的，寄存(cun)器(qi)基A16/D16器件，由(you)VXIbus寄存器基接口電路和微(wei)波信號源功能(neng)電路兩大部(bu)分組成。模塊整(zheng)體結構。
　　2.1接口電路。
　　三相(xiang)綜(zong)合移相(xiang)器(qi)的預(yu)設(she)以及成(cheng)功基接(jie)口電路主要包括：總線緩(huan)沖驅動，尋址和譯碼電路，數據傳輸應答狀態機，配置及操作寄存器組四個部(bu)分。
　　總線(xian)緩沖驅(qu)動完成對VXI背板總線(xian)(xian)中的數據(ju)線(xian)(xian)，地(di)址線(xian)(xian)和控(kong)制線(xian)(xian)的緩沖接收(shou)或驅動，以滿(man)足VXI規范信(xin)號的(de)要求；尋址(zhi)(zhi)和(he)譯(yi)碼(ma)電路部分對(dui)地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)線(xian)(xian)及地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)修(xiu)改(gai)線(xian)(xian)進行譯(yi)碼(ma)。當器(qi)件(jian)被尋址(zhi)(zhi)時，接收(shou)地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)線(xian)(xian)及地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)修(xiu)改(gai)線(xian)(xian)上的(de)地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)，并將其(qi)與本模塊上硬件(jian)地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)設置的(de)邏輯(ji)地(di)(di)(di)址(zhi)(zhi)相比較(jiao)，VXIbus系統(tong)為每一個VXI模塊分配(pei)0～255（00H～FFH）其(qi)中之一的(de)**邏輯地址。如(ru)果相等，該器(qi)件被(bei)尋址選通，接著其(qi)結果被(bei)送往下(xia)**譯(yi)碼控制(zhi)，選中模塊在16位地址空(kong)間的寄存器；數(shu)據傳(chuan)輸應答狀態機部分對VXI背板總(zong)線中(zhong)的控制信號(hao)進行(xing)(xing)組(zu)態(tai)，為標(biao)準數(shu)據(ju)(ju)傳輸(shu)周期提供(gong)時序及(ji)控制信號(hao)。在進行(xing)(xing)數(shu)據(ju)(ju)傳輸(shu)時，系統控制者(zhe)首先對模塊進行(xing)(xing)尋址。當模塊檢測(ce)到地址匹配及(ji)各(ge)控制線有(you)效后，驅動DTACK*為低電平，以此向總(zong)線(xian)控(kong)制者(zhe)確認(ren)已經(jing)將數(shu)(shu)據(ju)放(fang)置在數(shu)(shu)據(ju)總(zong)線(xian)上（讀周(zhou)期）或已經(jing)成功(gong)地(di)接收到數(shu)(shu)據(ju)（寫周(zhou)期）；配置及操(cao)作寄存(cun)器(qi)組(zu)部分實現VXI總線標(biao)準規范對寄(ji)存器(qi)(qi)基(ji)(ji)器(qi)(qi)件(jian)所提出的(de)要求，包括(kuo)基(ji)(ji)本配置寄(ji)存器(qi)(qi)（識別，器(qi)(qi)件(jian)類型(xing)，狀(zhuang)態與控制）以(yi)及(ji)與功(gong)(gong)能電路相關的(de)操作(zuo)寄(ji)存器(qi)(qi)組。在微波信(xin)號源模塊(kuai)的(de)設計中，與功(gong)(gong)能電路D/A轉換相(xiang)關的只寫寄存器，用于給D/A轉換(huan)傳(chuan)送數(shu)據及控制(zhi)信號。與功能電路(lu)中數(shu)字電位器(qi)(qi)相關的寄存器(qi)(qi)，用于給(gei)數(shu)字電位器(qi)(qi)傳(chuan)送控制(zhi)信號。
　　接口電路中的四(si)個(ge)部分除總線(xian)緩沖驅(qu)動采(cai)用74ALS245芯片來實現外，其(qi)余部分(fen)都可以用(yong)FPGA來(lai)實現。采用一片FLEX10K芯(xin)片EPF10K20RC208-3和一片EPROM芯(xin)片(pian)EPC1441P8，利用相應軟件(jian)MAX PLUSⅡ來進行設計(ji)與實現。
　　2.2功能電路。
　　三(san)相綜合移相器的(de)預(yu)設以及成(cheng)功功能電路主(zhu)要包(bao)括：D/A轉換電路，放大處(chu)理(li)電劉(liu)才斌：講師(shi)路，繼電器開(kai)關，VCO和電調衰(shuai)減器四(si)個部(bu)分。
　　根據設(she)計要求，采用高精度(du)的D/A轉換芯(xin)片，讀取(qu)VXI接(jie)口電路"操作寄存器組"送(song)來的控(kong)制信(xin)號，地址(zhi)與數(shu)據，將數(shu)字數(shu)據信(xin)號轉換為模(mo)擬電壓信(xin)號，后(hou)接(jie)運(yun)算放(fang)大器，分兩路輸(shu)出：一(yi)路以陰隨(sui)器輸(shu)出，用于控(kong)制VCO，從(cong)而控制微(wei)波信號源的輸(shu)(shu)出(chu)頻(pin)率；另一路以(yi)三極管射隨器(qi)輸(shu)(shu)出(chu)，用于控制電調衰減器(qi)，從(cong)而控制微(wei)波信號源的輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)率。D/A和接口之間的數據(ju)傳輸必須(xu)遵守(shou)VXI總線標準規范。
　　在運算放大電路中采(cai)用兩個非易失數(shu)控電位器(qi)，VXI接口(kou)電路"操(cao)作寄存器組(zu)"送來(lai)的(de)控制信號(hao)與數字電位器(qi)(qi)的(de)控制端相接(jie)(jie)，控制其(qi)滑動端的(de)位置，來(lai)改(gai)變接(jie)(jie)入(ru)電路中電阻(zu)阻(zu)值(zhi)的(de)大(da)(da)小(xiao)，從(cong)而改(gai)變運算(suan)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)的(de)放(fang)大(da)(da)倍數，對微波信號(hao)源輸出的(de)頻(pin)率帶(dai)寬和功率范圍(wei)(wei)進行有(you)效控制。通(tong)過(guo)軟(ruan)(ruan)件程序，可直(zhi)接(jie)(jie)在(zai)軟(ruan)(ruan)面板(ban)上(shang)用鼠標(biao)點擊，對頻(pin)率帶(dai)寬和功率范圍(wei)(wei)進行調(diao)整。
　　該功能模(mo)塊要求有四(si)個(ge)波段頻率，三種(zhong)調制方式(shi)，這由繼電器開關(guan)來實現。各個(ge)繼電器如何動(dong)作(zuo)，由接口(kou)電路"控制寄存器"送來的數(shu)字信號進行控制。并把(ba)當(dang)前(qian)的狀態回(hui)送到接口電路"狀態寄存(cun)器"，在虛擬(ni)儀器軟(ruan)面板(ban)上顯現出來。
　　所(suo)設計的四個波段頻率(lv)范圍：2600MHz 300MHz，6780MHz 200MHz，9370MHz 300MHz，10500MHz 200MHz，由三個繼電器來進(jin)行控制轉(zhuan)換。直接在軟面板上進(jin)行波(bo)段選(xuan)擇和頻率設置，通過執(zhi)行編好的(de)(de)軟件，即可輸出所需(xu)要的(de)(de)波(bo)段頻率；三種(zhong)調制方(fang)式是對(dui)微波(bo)信號(hao)進(jin)行幅(fu)度調制：連(lian)續波(bo)方(fang)式是不加(jia)調制信號(hao)的(de)(de)狀態，內調制方(fang)式所加(jia)的(de)(de)是模塊本(ben)身產(chan)生的(de)(de)1KHz調制(zhi)(zhi)信(xin)號，外(wai)調制(zhi)(zhi)方式時可(ke)以加入(ru)各(ge)種外(wai)接信(xin)號對它進行幅度調制(zhi)(zhi)。由兩個(ge)繼(ji)電器來控制(zhi)(zhi)，可(ke)直接在軟面(mian)板上進行操作。
　　VCO和(he)電調衰減器密封屏蔽在一個盒里，向(xiang)外伸出(chu)其控制端。壓控振蕩器（VCO），其振蕩頻率(lv)受電壓的控(kong)制；電調衰(shuai)減器(qi)，其衰(shuai)減量受電壓的控(kong)制。
　　3三(san)相(xiang)綜合移相(xiang)器的預設以及成功。
　　該模塊的(de)驅動程序和軟(ruan)面板的(de)設計均(jun)在Lab-Windows/CVI環境(jing)中完成。LabWindows/CVI是一個(ge)C程序員的(de)軟件開發(fa)(fa)系統，它有一個開發(fa)(fa)儀器(qi)控制和采(cai)集函(han)數(shu)庫和程序的(de)交互式環境，提供(gong)了豐富的(de)程序開發(fa)(fa)，儀器(qi)驅動(dong)的(de)工具集，有很強大的(de)代(dai)碼自動(dong)生成(cheng)功能(neng)。
　　3.1模塊(kuai)驅動程序設計。
　　在LabWindows/CVI環境下，編制微波信(xin)號源模(mo)塊的驅(qu)動程序，主要是部(bu)件(jian)函數的編制和動態(tai)鏈(lian)接庫的生成。
　　按照VPP儀器驅(qu)動程序的內部設計模型要(yao)求，對(dui)于任何儀器，都應(ying)有函數(shu)(shu)樹面板，包括初始化，關閉，錯誤(wu)信息，錯誤(wu)查詢以及功能函數(shu)(shu)。規劃出(chu)微波信號(hao)源模塊(kuai)的函數(shu)(shu)樹，設計出(chu)模塊(kuai)驅(qu)動程序軟件流(liu)程。按照驅(qu)動程序軟件流(liu)程，模塊(kuai)上電復位后(hou)，先進行接(jie)口初始化。然后(hou)進行模塊(kuai)自(zi)檢(jian)，自(zi)檢(jian)通過后(hou)，模塊(kuai)已準(zhun)備好與VXI總線進行通訊(xun)。模(mo)塊驅動程序軟(ruan)件流程。
　　編寫(xie)儀器驅動的(de)(de)函(han)數代(dai)碼(ma)是設(she)計(ji)儀器驅動程序的(de)(de)核心(xin)工(gong)(gong)作(zuo)，如果前期的(de)(de)函(han)數樹規(gui)劃(hua)工(gong)(gong)作(zuo)做得(de)完全，細致，這(zhe)一(yi)部分的(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)難度將(jiang)大大降低。在本模(mo)塊設(she)計(ji)中，編寫(xie)出了(le)儀器驅動的(de)(de)函(han)數代(dai)碼(ma)，完成了(le)為用戶提供的(de)(de)各個函(han)數的(de)(de)定(ding)義(yi)。
　　3.2模塊儀器軟面(mian)板設計。
　　隨(sui)儀(yi)(yi)器(qi)驅動程序一(yi)同發布的(de)(de)(de)還有(you)儀(yi)(yi)器(qi)軟(ruan)面(mian)板(ban)(ban)，它為用戶(hu)提(ti)供了(le)交互式操(cao)(cao)作(zuo)儀(yi)(yi)器(qi)的(de)(de)(de)圖形(xing)接口，取代(dai)了(le)傳統(tong)(tong)的(de)(de)(de)臺式儀(yi)(yi)器(qi)的(de)(de)(de)前面(mian)板(ban)(ban)，在計算(suan)機屏幕上顯示(shi)出(chu)用于(yu)(yu)控制(zhi)儀(yi)(yi)器(qi)的(de)(de)(de)各種按鍵(jian)，旋鈕和儀(yi)(yi)器(qi)的(de)(de)(de)輸出(chu)信息，用鼠標和鍵(jian)盤進行操(cao)(cao)作(zuo)。軟(ruan)面(mian)板(ban)(ban)有(you)兩個功能(neng)：一(yi)是在系(xi)統(tong)(tong)集成初始化時(shi)，用于(yu)(yu)檢驗儀(yi)(yi)器(qi)通信和修改儀(yi)(yi)器(qi)操(cao)(cao)作(zuo)，幫(bang)助(zhu)用戶(hu)檢查系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)通訊接口和儀(yi)(yi)器(qi)是否(fou)配置正(zheng)(zheng)確(que)，能(neng)否(fou)正(zheng)(zheng)常工作(zuo)；二是在系(xi)統(tong)(tong)集成完成時(shi)，又可用于(yu)(yu)實現儀(yi)(yi)器(qi)功能(neng)，并(bing)能(neng)幫(bang)助(zhu)用戶(hu)理(li)解(jie)和熟悉儀(yi)(yi)器(qi)特性(xing)。
　　儀器軟面(mian)板(ban)是一個可獨立運(yun)行的WINDOWS應用程序，VPP規(gui)范對于軟面板的開發也做出(chu)了(le)一系列(lie)的要求。按照VPP的(de)(de)規定，軟面板(ban)是(shi)標準的(de)(de)可執(zhi)行文件，不依賴(lai)于任(ren)何(he)編程環(huan)境。
　　LabWindows/CVI環(huan)境提供(gong)了很強大的(de)(de)界面(mian)(mian)設(she)計(ji)能力(li)，能提供(gong)給用(yong)戶(hu)(hu)一個界面(mian)(mian)友好(hao)，功能強大的(de)(de)應(ying)用(yong)程序。給出了微波信號源(yuan)模(mo)(mo)塊(kuai)的(de)(de)軟(ruan)面(mian)(mian)板(ban)(ban)，滿(man)足新型儀器(qi)(qi)設(she)備的(de)(de)面(mian)(mian)板(ban)(ban)設(she)計(ji)要求。在本(ben)模(mo)(mo)塊(kuai)設(she)計(ji)中，采用(yong)回(hui)(hui)調函數(shu)處(chu)理用(yong)戶(hu)(hu)事件(jian)，編制并且給出了軟(ruan)面(mian)(mian)板(ban)(ban)上所有控(kong)件(jian)的(de)(de)回(hui)(hui)調函數(shu)代碼。本(ben)模(mo)(mo)塊(kuai)儀器(qi)(qi)軟(ruan)面(mian)(mian)板(ban)(ban)如圖3所示。
　　4三相綜合(he)移相器的預設以及成功。
　　4.1集成度高。
　　采用FPGA后，使接(jie)口電(dian)路的設計(ji)大大簡(jian)化了，這(zhe)就可以(yi)將主要精力(li)集(ji)中在(zai)具體的功能實現上，縮短了模塊的研(yan)發周(zhou)期。實踐證明，采用FPGA技術可實現(xian)高靈活(huo)性的(de)VXI總線(xian)硬件接(jie)口電路，并(bing)能(neng)大大減少(shao)接(jie)口電路所(suo)占的(de)印刷(shua)板空(kong)間，且具有良(liang)好(hao)的(de)通用性。它(ta)提高了VXI總線虛擬儀器系統的集成度和可靠(kao)性，電路調(diao)試手段靈活，工(gong)作效率得到了很(hen)大(da)提高。
　　4.2界面友好。
　　VXI微波信號(hao)源模塊作為一種虛擬儀(yi)器(qi)，要求提供(gong)給用戶一個界面友好，功(gong)能強大的應用程序。在LabWindows/CVI環境下(xia)，設計(ji)出了(le)(le)模塊儀器軟面(mian)板(ban)，它取代了(le)(le)傳(chuan)統的臺式儀器的前(qian)面(mian)板(ban)，通常(chang)稱(cheng)其為虛擬面(mian)板(ban)。用鼠標(biao)和(he)鍵(jian)盤操(cao)作起來非常(chang)方便，就象操(cao)作自己(ji)定義，自己(ji)設計(ji)的一臺傳(chuan)統儀器一樣。真正實(shi)現了(le)(le)"軟(ruan)件就是(shi)儀器(qi)".4.3設計合理。
　　本模塊的整體結(jie)構(gou)由接口電路和功能電路兩大(da)塊組(zu)成，這兩大(da)塊之間既相互(hu)聯系，又相對獨立，結(jie)構(gou)設計非常合(he)理。其(qi)接口電路可移植性很(hen)強，可以用(yong)到其(qi)他VXI模塊的開發上，只需要在用FPGA實現時，對(dui)MAX PLUSⅡ設計的電(dian)路(lu)進行修改就可以了，其印刷板硬件電(dian)路(lu)不用更(geng)改。另外，為了提高電(dian)路(lu)的抗干擾能力，對各波段VCO和電調衰(shuai)減器進行密封屏蔽，在PCB板設計(ji)時提供VCC和GND平面。
　　經實際運(yun)行證明，本(ben)模塊設計合理，操(cao)控(kong)簡(jian)便(bian)，配置靈活，工作穩(wen)定，性(xing)能可(ke)靠，是通(tong)用自(zi)動測(ce)(ce)試系統中不可(ke)缺少(shao)的高(gao)性(xing)能微波(bo)信號源模塊，成功實現了(le)對雷達跟(gen)蹤能力和接收機靈敏度的自(zi)動檢測(ce)(ce)。
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