基于SOPC和LabVIEW的频谱分析仪.pdf

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1、基于SOPC和LabVIEW的频谱分析仪张俊涛，汪锦(陕西科技大学电信学院，陕西西安710021)摘要：设计了一种实时频谱分析仪，该方案结合了SOPC可编程片上系统和虚拟仪器LabVIEW。采用Nios11软核作为CPU，以FPGA、A／D芯片以及外围电路组成信号采集控制系统，利用通用异步接发送装置UART实现了与Lab—VIEW串行通信，实现了频谱分析仪的功能。仿真结果表明，该频谱分析仪具有实际应用价值。关键词：可编程片上系统；虚拟仪器；频谱分析中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)0

2、8—003l一03SpectrumAnalyzerBasedonSOPCandLabVIEWZHANGJun—tao．WANGJin(ShannxiUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710021，China)Abstract：Areal—timespectrumanalyzerwasdesignedwhichcombinedthesystemonprogrammablechipandvirtualinstru—mentLabVIEW．Inthesystem，NiosⅡsoft—co

3、rewasusedasCPU，andFPGA，AD—chipandtheexternalcircuitwereusedtocon—stitutethesystemofsignalacquisitionandcontro1．UARTwasadoptedtorealizeserialcommunicationwiththeLabVIEW，achie—ringthefunctionsofspectrumanalyzer．Thesimulationresuhsshowedthatthespectrumanalyzerhasthev

4、alueofpracticalappli—cation．Keywords：SOPC；virtualinstrument；spectrumanalyzer0引言频谱分析在现代信号处理中有着重要的意义。现代频谱眦甲分析仪多以硬件电路来实现，其内部结构复杂，而且对用户来FPGA说是个封闭的系统，再加上价格昂贵等因素⋯，使得其难以普I．．．．qiosI-软核遍应用于教学和科研实践中。随着计算机技术的飞速发展，虚一罾处器理拟仪器软件LabVIEW的出现使得仪器系统与计算机软件技术紧密结合，传统仪器的概念得以突破。将虚拟仪器技术应用囱

5、I囤I圈I到频谱分析仪中，克服了传统硬件实现频谱分析许多无法克服的缺点。基于SOPC与LabVIEW设计频谱分析仪，在硬件设计上，利用SOPCBuilder工具定制NioslI软核CPU，构建嵌入式微处图1系统结构框图理器系统，控制A／D轮换器进行数据采集，再通过UART与虚VIEW完成频谱分析仪的设计。拟仪器LabVIEW串行通信，利用LabVIEW中数字信号处理工2系统硬件设计具箱中的子VI进行频谱分析，从而实现了频谱分析仪的功能。系统的硬件设计包括A／D单元设计，系统平台硬件部分包重点阐述了频谱分析仪的设计思想，并给

6、出了关键电路的设计括FPGA芯片，电源，串行通信接口电路等。方法和重要步骤。2．1A／D单元设计1系统结构设计A／D转换器采用l2位双路、高速A／D转换器ADS2807，系统设计的结构框图如图1所示。最高采样时钟50MSPS．高速运放AD811用于产生A／D转换系统前端采用高速A／D采集数据，控制部分采用DE2开器所要求的平衡信号形式，并提供一定的输入信号的增益，发板，DE2上的FPGA作为系统的核心控制芯片，完成信号采以匹配输入电压范围。A／D转换器的硬件单元电路如图2所集模数转换的控制，数据存储等功能J。在FPGA中数

7、据存进刀。FIFO先进先出缓存器，数控分频器用来控制和改变A／D的采2．2系统平台样速率以提高系统分辨率。NiosII软核处理器将数据经过串设计控制部分采用DE2开发板，完成FPGA、SOPC、NIOSII并转换UART，通过串口传送给计算机数据，最后使用平台Lab一嵌入式系统的构建。DE2开发板上包含CylonelI系列的EP2C35672C6芯片(含35000逻辑元件)、8MB的SDRAM、512k基金项目：陕西省教育厅专项研究基金资助项目(07JK188)的SRAM、1M的FLASH、RS一232等各种类型的接口。收

8、稿日期：2010—04—01收修改稿日期：2010—05—2932InstrumentTechniqueandSensorAug．2010NioslI是软核处理器，借助SOPCBuilder工具，根据使用者的需要可以灵活定制系统所需的NiosⅡ软核。包括存储器FLASH，片外SDRAM，UART，I／O