FPGA在激光測距機電路檢測系統中的應用

引言
針對部隊各類激光測距機的維修保障，我所研制出了一套便攜式激光測距機電路檢測儀，能實現對 85手持式、 88式、88對海式等五類激光測距機電路系統的快速檢測和維修指導，極大地提高了維修效率。由于要完成對光信號的接收和處理，測距機的電路系統涉及到許多窄脈寬信號，而且具有嚴格的信號時序。其中的 AGC信號、觸發信號等脈寬均只有幾十個 uS，主波和回波信號的脈寬均只有 1～2uS，信號時間間隔精確到 nS級，為信號檢測增加了難度；同時，電路系統的控制信號繁多，各類裝備的接口各異，這些都為檢修儀的設計提出了挑戰，僅采用傳統的單片機和常規 IC難以實現。隨著大規模集成電路技術的飛速發展，CPLD和 FPGA等可編程邏輯器件在結構、工藝、集成度、功能、速度和靈活性等方面都有了很大的改進和提高，從而為高效率、高質量、靈活地設計嵌入式單片機系統提供了可能。可編程邏輯器件的加密功能也使產品開發者的權利得到保障。因此，本文基于 FPGA邏輯器件設計了激光測距機的電路檢測系統。
2檢測系統硬件組成 脈沖信號
通信MCU 數據采集處理

如圖 1所示，檢測系統由 MCU數據處理、 FPGA及其配置器件、被測信號調理、激勵信號驅動適配、液晶顯示等功能模塊組成。其工作原理是： MCU根據用戶操作向 FPGA發送測試相應命令， FPGA模塊產生激勵信號，為被測電路提供工作時序，采集電路信號測量其特征參量，并將測試結果傳送給 MCU，MCU處理測量結果，進行故障分析判斷，并在液晶屏上實時顯示測試波形和數據信息?？梢?， FPGA是整個檢測系統的關鍵部分，整合了與 MCU的通信、測試命令的解釋及決策、測試激勵信號的產生和輸入信號檢測等功能。
通過對檢測對象中所有被測信號的分析，根據測試功能、處理速度和芯片容量的需求，本檢測系統中FPGA芯片選用 ALTERA公司Cyclone系列的EP1C3T144。該器件采用 0.13um工藝制造、TPFQ封裝，擁有104個I/O口和2910個邏輯單元，可直接由外部晶振提供 100MHz的時鐘輸入，也可經片內 PLL倍頻，工作在更高的頻率。采用 Verilog HDL硬件描述語言來實現 FPGA各功能模塊，然后通過 EDA開發平臺，對設計文件進行邏輯編譯、邏輯化簡、綜合及優化、邏輯布局布線、邏輯仿真，最后對 FPGA芯片進行編程，實現系統的設計要求。FPGA的配置采用了專用配置芯片 EPCS1，用 ByteBlaster II對其進行下載編程。
3 FPGA功能模塊劃分及實現
在 FPGA的功能實現上，首先構建整體方案，然后劃分功能模塊，再針對每個功能模塊進行編程、波形仿真，最后進行整體功能的仿真和實驗測試。根據上節分析，可將 FPGA的作用分成 SPI通信接口、命令解釋與決策、時鐘分頻、激勵信號產生、電路信號測試等功能模塊，如圖 2所示。