基于fpga的多路隔离信号存储系统设计

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1、.基于FPGA的多路隔离信号存储系统设计作者：倪震明来源：《物联网技术》2017年第05期        摘要：文中设计了以FPGA为控制核心，以FlashK9WBG08U1M为存储介质的存储系统。系统上电工作后开始接收PCM码流，并在起飞信号唤醒后接收3路隔离模拟量，数据存储完成后，通过RS422将存储数据回读进行分析。文中介绍了系统整体组成、各模块功能设计和系统逻辑设计。测试结果表明，该存储系统存储数据可靠稳定，满足任务要求。        关键词：FPGA；信号存储；Flash；RS422        中图分类号：TN431.2；TP39文献标

2、识码：A文章编号：2095-1302（2017）05-00-03        0引言        在航天测控系统中，遥测参数的测试对于验证飞行器的设计参数、判断试验中的故障等具有重要意义[1]。本文研制的采集存储系统作为遥测系统的组成部分，用于实时存储飞行器在飞行中的动态参数。存储系统以FPGA作为控制核心，以Flash作为数据的存储介质，以接收到起飞信号作为启动模拟量数据采集的起点，实现1路5Mb/s的PCM码流和3路模拟量的接收。试验完成后，将存储数据回读，对其进行分析和回放，以验证接收的数据是否正确、完整。        1存储系统组成   

3、     存储系统组成框图如图1所示。主控单元FPGA上电进行初始化后，等待并解析RS422接收器接收的命令，当接收到启动记录命令时，开始接收PCM码流，直到存储系统被断电。当判断接收的起飞信号有效时，采集并存储3.2s模拟量。其中，3路模拟量之间要求互相隔离，模拟量与PCM码流也互相隔离。记录完成后，通过RS422发送器将接收的数据传至地面设备进行事后分析。        2系统各模块设计        2.1RS422接口电路        存储系统的RS422接口电路包括PCM码流接收电路、与地面设备通信时命令接收和数据发送电路。RS422接口在

4、传输数据时使用双绞线传输。        RS422命令接收模块和数据发送模块采用异步串行方式，包括1位起始位、8位数据位、1位校验位和1位停止位。存储系统在接收命令时，先判断起始位，当起始位有效时开始接收8位数据，接收完8位数据后进行校验，校验为有效数据时才对其解析，执行相应命令。..        根据要求，存储系统需要接收1路5Mb/s的PCM数字量。按照发送端接口要求，硬件采用DS26C32作为RS422接口芯片。PCM码流接口时序如图2所示。接收数据时以码同步信号作为同步信号。为保证数据传输的可靠性，发送端在码同步上升沿发送数据，存储系统在码

5、同步下降沿接收数据，每个码同步时钟接收1位数据，每个字节按照先高位后低位的顺序依次接收。FPGA对PCM码流解码时，先将串行接收的数据转为并行数据，并对接收的并行数据进行实时判断，当判断到连续两个字节为主帧帧标志EB90或副帧标志146F后，开始接收后面完整的字节。        2.2起飞信号接收        存储系统采用高速数字光耦HCPL-5531接收起飞信号。起飞信号的正确接收能够确保模拟量正常启动采集。为防止起飞信号误触发，FPGA在接收起飞信号时，会进行4ms的宽度判别[2]，当起飞信号变成高电平后开始计时，计时4ms，只有起飞信号保持高

6、电平不变，才会认为起飞信号有效。        2.3模拟量采集        存储系统需要采集的模拟量信号最高频率为6kHz，在设计时，将各通道模拟量采样率设置为40kHz，以保证采样后的数字信号可以完整保留原始信号中的信息。0～5V的输入模拟量信号通过隔离电路后进入由OPA4340搭建的电压跟随电路，以避免后续电路对信号处理时由于信号的输出阻抗过高引起损耗[3]。经调理后的模拟量由FPGA控制ADS8365采集，ADS8365是TI公司生产的高速、低功耗、6通道同步采样的高性能A/D转换器，其最高采样率为250kHz[4]。ADS8365采集电路如

7、图3所示。        由于只需要采集3路模拟量，FPGA控制ADS8365进行时，分别给、和一个低脉冲，ADS8365启动转换，转换完成后，设置信号为低电平，在信号的上升沿从并行接口以循环模式将数据读回。对于采集的模拟量，采用编码方式将循环一次采集的3路模拟量作为一个数据块，后面加上2字节帧计数和2字节帧标志（DAAD）进行存储。模拟量帧格式如图4所示。在后期分离和分析数据时，可以很方便地根据帧结构提取出各通道模拟量数据。        2.4隔离电路设计        根据任务要求，为避免信号之间的相互干扰，需要将数字量和模拟量互相隔离，将各模拟

8、量之间彼此隔离。存储系统在设计时，采用信号全隔离的思想进行电源隔离和信号隔离。设计模拟量电路和