基于SoPC的超聲導波激勵信號發生器設計

4 軟件設計
軟件部分在SDK中通過C語言編寫完成,主要包括初始化、GPIO口鍵盤值讀取、LCD顯示、DDS頻率字輸入和調節等。由于導波頻率在50 kHz～500 kHz，跨度較大。為方便實際檢測，設計了頻率粗調和微調功能。系統鍵盤包括設置鍵(Set)、粗調鍵(Adjust)、微調鍵(Fine)、確認鍵(OK)以及復位鍵(Reset)。上電后，頻率控制字K為初始值16，系統產生50 kHz默認頻率激勵信號。每按一次粗調鍵(Adjust),K值增加，分別對應70 kHz、120 kHz、170 kHz等基數頻率。用微調鍵(Fine)以3 kHz為步進值進行細調。通過寫寄存器語句DDS_IP_mWriteReg將K值賦給DDS模塊，產生相應頻率激勵信號。程序流程如圖8所示。

5 實驗結果分析
系統上電后，在鍵盤上選擇激勵頻率值為70 kHz，使用NI PCI-5102數字化儀的虛擬示波器對輸出信號進行采集和分析。捕捉到的激勵信號如圖9所示。由面板參數可知，波形最高幅值1.5 V,包含10個周期單音頻信號的窄帶脈沖寬度約為0.142 ms。改變鍵盤輸入，對輸出信號進行FFT頻譜分析，如表1所示。實驗結果表明，此設計產生的激勵信號精度高，波形純凈，性能良好，頻率連續可調，較好地滿足了設計要求。

利用SoPC技術，給出了一種新的超聲導波激勵信號發生器的設計方法。重點論述了導波專用DDS模塊的實現過程。把系統的主要功能集成在單片FPGA內，減少了外圍電路，體積小，功耗低，抗干擾能力強，易于擴展和升級，有效降低了設計成本。產生的激勵信號精度高，穩定性好，頻率連續可調。本設計可方便地應用到管道超聲導波缺陷檢測中，并為開發小型化、集成化的導波檢測系統提供了可能。
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