基于FPGA的微波輻射計(jì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)以Xilinx公司的Virtex-4系列FPGA為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，其配置PROM采用XCF32P，32 M存儲容量。

　　數(shù)據(jù)采集電路采用AD公司的16位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976A，芯片轉(zhuǎn)換速率為200 KS/s，此高速A/D轉(zhuǎn)換器采用電荷重分布技術(shù)進(jìn)行逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換，因而不必外加采樣保持器。電壓輸入范圍為-10 V～+10 V，分辨率高，可做到16位不失碼。

　　AGC自動增益控制電路采用AD公司的12位并行數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7247，電壓輸出范圍選擇0 V~5 V，滿足微波輻射計(jì)數(shù)控系統(tǒng)精度要求。

　　1.2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1.2.1 數(shù)據(jù)采集電路

　　數(shù)據(jù)采集電路由隔離驅(qū)動電路、多個多路選擇器以及一個A/D轉(zhuǎn)換器組成。其中，隔離驅(qū)動電路采用JFET輸入的運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離和驅(qū)動；多路選擇器對10路遙感信號和25路溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，其地址信號由FPGA的I/O接口提供，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送入多路選擇器；A/D芯片轉(zhuǎn)換速率為200 KS/s，16 bit雙極性輸出，最高位表示符號位，硬件電路如圖3所示。采集到的數(shù)據(jù)存入FPGA的SRAM中，工作周期為60 s，一個工作周期結(jié)束后，將科學(xué)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)下傳到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。

　　AD976A進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，置CS引腳固定為低電平，則轉(zhuǎn)換時(shí)序由R/C信號的下降沿控制，信號脈沖寬度至少為50 ns。當(dāng)R/C變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，BUSY信號也變?yōu)榈碗娖剑瑯?biāo)志轉(zhuǎn)換結(jié)束，則移位寄存器中的數(shù)據(jù)被更新的二進(jìn)制補(bǔ)碼替代，其中，R/C控制端由FPGA的I/O端口進(jìn)行控制。

　　1.2.2 AGC自動增益控制電路

　　AGC自動增益控制電路由5個兩通道D/A轉(zhuǎn)換器AD7247和隔離驅(qū)動電路組成，硬件電路如圖4所示。由FPGA對數(shù)據(jù)采集電路采集的微波輻射計(jì)冷源和熱源定標(biāo)值進(jìn)行判斷，為AGC自動增益控制電路提供有效的AGC調(diào)整值，通過D/A轉(zhuǎn)換器及隔離驅(qū)動電路后提供給微波輻射計(jì)的接收機(jī)單元。其中，5個D/A轉(zhuǎn)換器并聯(lián)為微波輻射計(jì)10個通道提供AGC調(diào)整值，片選信號和轉(zhuǎn)換信號由FPGA的I/O端口進(jìn)行控制。