摘要：在雷達(dá)設(shè)計(jì)中,，需要對接收到的信號首先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,，其轉(zhuǎn)換速度和準(zhǔn)確性直接決定了之后FFT等運(yùn)算的準(zhǔn)確性，最終影響雷達(dá)測量精度,。介紹了一種基于FPGA,，利用芯片ADS7890實(shí)現(xiàn)一種快速14位串行AD轉(zhuǎn)換,，對系統(tǒng)的軟件和硬件做了說明。硬件部分主要為ADS7890的基本外圍電路以及芯片EP2C35F672C與其的控制連接,，軟件部分利用Quartus II 8．0編程,。
　　關(guān)鍵詞：FPGA；雷達(dá),；AD轉(zhuǎn)換,；ADS7890
　　當(dāng)前實(shí)時(shí)測距技術(shù)有超聲波測距、激光測距,、雷達(dá)測距等,。在原理上以上幾種測距方式類似，但毫米波雷達(dá)測距克服了其他幾種探測方式在運(yùn)用中的一些缺點(diǎn),。毫米波雷達(dá)有穩(wěn)定的探測性能,，與光學(xué)相比，它不易受對象物表面形狀和顏色的影響,，而與超聲波,、紅外線相比,，它不受大氣紊流的影響，且受雨,、霧,、雪、陽光,、灰塵等的干擾小,。雷達(dá)接收到的信號為一調(diào)頻連續(xù)波信號，而隨著數(shù)字化的發(fā)展,，在檢測,、控制等領(lǐng)域，越來越多的模擬信號需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行處理,。AD轉(zhuǎn)換即是將輸入的模擬信號以二進(jìn)制數(shù)字輸出的過程,，根據(jù)香農(nóng)(Shannon)定理：如果隨時(shí)間變化的模擬信號的最高頻率為ω，只要按照采樣頻率ωs≥2ωmax進(jìn)行采樣,，那么取出的樣品系列(f1*(t),、f2*(t)，…)就足以代表(或恢復(fù))f(t),。其主要包括采樣,、保持,、量化和編程4個(gè)過程,。
　　對應(yīng)特定的應(yīng)用，AD轉(zhuǎn)換要求不同,，在高頻雷達(dá)設(shè)計(jì)中,，要求AD轉(zhuǎn)換有較高的轉(zhuǎn)換速度，才能實(shí)時(shí)測距,；而最終雷達(dá)測距的精度,，與AD轉(zhuǎn)換、FFT的位數(shù)有直接關(guān)系,。一些自帶AD的單片機(jī)不僅數(shù)據(jù)處理速度慢,，且AD位數(shù)也達(dá)不到要求，故本設(shè)計(jì)采用基于FPGA平臺,，利用ADS78 90實(shí)現(xiàn)快速,、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
　　1 系統(tǒng)硬件電路
　　系統(tǒng)主要總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
　

　　該系統(tǒng)采用ALTERA公司的芯片EP2C35F672C6為控制核心,，對ADS7890進(jìn)行控制及轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)處理。雷達(dá)測距可采用雷達(dá)IVS-167,，它是Innosent公司推出的一款I(lǐng)VS(Innosent VCO stereo)系列的K-波段帶VCO的雷達(dá)收發(fā)器,。由于采用平面微帶天線結(jié)構(gòu)，且收發(fā)天線合一，使得其外形十分小巧,，在工作中不僅節(jié)能省電,，而且非常易于集成于各種電路，也易于在安裝環(huán)境中構(gòu)建模塊保護(hù)設(shè)施,。
　　在本設(shè)計(jì)中,，以雷達(dá)接收信號為模擬信號輸入，通過功放電路使輸入信號達(dá)到AD轉(zhuǎn)換芯片要求,，再利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序控制ADS7890串行發(fā)送數(shù)字信號的開始,、結(jié)束，并對接收到的數(shù)據(jù)處理后通過led顯示結(jié)果,。
　　1．1 芯片ADS7890
　　ADS7890是一種高位快速AD轉(zhuǎn)換芯片,，包含2．5 V內(nèi)部參考電壓的模擬14位串行AD轉(zhuǎn)換器，其最高采樣率為1．25 MSPS,，具有48個(gè)引腳,，可作為SPI或DSP接口。芯片中含省電設(shè)備,，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度較低時(shí)進(jìn)入省電模式,。芯片可應(yīng)用于光電傳感器、電機(jī)電流／電壓傳感器,、醫(yī)療檢測儀器,、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。
　　ADS7890的基本外圍電路如圖2所示,。模擬地與數(shù)字地分開,。b.JPG、SDO 5個(gè)引腳與控制芯片相連,。
　　

　　1．2 FPGA簡介
　　FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為可編程邏輯器件,，是在PAL等邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其規(guī)模比較大,，可以代替幾百塊通用IC芯片,。它的結(jié)構(gòu)主要由3部分組成：一個(gè)二維的邏輯塊陣列，構(gòu)成了其邏輯組成核心,；輸入／輸出塊,；連接邏輯塊的互連資源。隨著超大規(guī)模集成電路工藝的不斷提高,，F(xiàn)PGA的規(guī)模也越來越大,，它的單片邏輯門數(shù)已可達(dá)上百萬門，功能也不斷增強(qiáng),。用戶可以在其基礎(chǔ)上簡單快捷的完成設(shè)計(jì),。本設(shè)計(jì)采用芯片EP2C35F672C6,。
　　使用FPGA設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)電路主要有如下特點(diǎn)：
　　1)設(shè)計(jì)靈活FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此,，工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程,。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式,。
　　2)集成度高 一片F(xiàn)PGA可代替幾片,、幾十片乃至上百片中小規(guī)模的數(shù)字集成電路芯片。
　　3)工作速度快FPGA的設(shè)計(jì)思想是并行的設(shè)計(jì)思想,，而不是順序執(zhí)行的軟件思想,，這樣在設(shè)計(jì)上就大大提高了系統(tǒng)的工作速度。
　　4)降低成本 隨著FPGA的工藝發(fā)展,，F(xiàn)PGA已經(jīng)克服自身價(jià)位高的缺點(diǎn),，具有較高的性價(jià)比。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　FPGA的基本控制時(shí)序圖如圖3所示,。FS位為數(shù)據(jù)幀格式調(diào)節(jié),，其為高時(shí)為SPI模式，置低時(shí)為DSP模式,，此設(shè)計(jì)用于SPI,，將FS置高。CS下降沿觸發(fā)ADS7890發(fā)送數(shù)據(jù),，在SCLK上升沿發(fā)送一位數(shù)據(jù),，14個(gè)脈沖對應(yīng)AD轉(zhuǎn)換的14位結(jié)果，之后用1,、2個(gè)SCLK周期作為延時(shí),，以保證AD結(jié)果正確性。設(shè)置一位BUSY作為忙標(biāo)志,，置高后不接受數(shù)據(jù)。設(shè)置一復(fù)位位RESRT,。SDO為數(shù)據(jù)傳輸位,。
　

　　編程設(shè)計(jì)采用VHDL語言。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),、行為,、功能和接口。除了含有許多硬件特征的語句外,，VHDL的語言形式和描述風(fēng)格與句法十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級語言,。一個(gè)完整的VHDL語言程序通常含有5個(gè)部分：實(shí)體(Entity)、結(jié)構(gòu)體(ArcbAtecture),、配置(Configuration),、程序包(Package)和庫(Library),。
　　源程序中的結(jié)構(gòu)體定義如下。注意ADS7890的輸入對應(yīng)的是EP2C35F672C6的輸出,。
　

　　3 結(jié)論
　　隨著數(shù)字化的發(fā)展,，AD轉(zhuǎn)換在各個(gè)領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用，而對其的要求也越來越高,。本設(shè)計(jì)采用高集成度的FPGA為硬件平臺,，實(shí)現(xiàn)對高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7890的控制應(yīng)用，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)具有較高轉(zhuǎn)換精度,，對快速變化的輸入信號具有反應(yīng)靈敏,，系統(tǒng)測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠,。