基于DSP+FPGA+AD9238的冲击波超压测试系统设计与实现

对冲击波关键特征参数进行可靠、精确地评估是进行军事行动规划的前提和依据， 测试结果可以为战斗部设计提供参考，也可以为武器弹体材料的研发制造提供有效依据。 近年来，随着集成电子技术与软件系统取得突破性成果，冲击波测试技术获得了稳定的 发展。 2.2 测试系统的总体框架 2.2.1 系统组成 传统的数据采集系统采用单片机进行软件设计来控制 ADC 进行采集，由于冲击波 测试对系统的实时性要求比较高，基于软件控制的方法无法获得精确的时钟信号，且处 理器速度不足，因此需要采用合适的控制器进行系统设计。 冲击波测试系统需对高频信号进行高速、实时采样，对时钟和数据采集的速率都有 很高要求。现场可编程逻辑门阵列（ FPGA ）依靠硬件逻辑实现功能，速度可达专用芯片 的速率，且设计过程中可使用内部 PLL 核生成用户想要的任何时钟周期，同时 FPGA 的 硬件并行性使得其可对多通道的冲击波信号同步进行采集，故选用 FPGA 作为系统控制 器。此外 FPGA 具有可编程性，可通过硬件描述语言 Verilog 进行逻辑设计，并根据自 己的功能需求修改程序，灵活性非常高。 FPGA 在本系统中不仅起到控制作用，还通过 逻辑设计达到倍频、数据传输等功能，起到了非常关键的作用。 在 FPGA 控制 A/D 模块进行数据采集后，为使采集结果更加准确，本系统需要对结 果进行实时数据处理。目前常见的控制器如 51 、 ARM 等数据处理能力不足，且外设资 源和外部接口有限，而数字信号处理器（ DSP ）作为微处理器在结构设计上的优势使得 其在目前信号滤波等各类复杂的数据处理中具有优势。因此本文选择以 DSP 作为系统 的数据解算核心。 相较于使用单片机作为处理器，使用 FPGA 和 DSP 进行数据采集的系统可以完成对 数据高速的采集、处理和传输功能。 FPGA+DSP 系统的最大优势在于其适合于模块化设 计，同时信号处理速度快，实时性高。综上所述，为满足系统要求，设计了采用高速 ADC 、 FPGA 、 DSP 、千兆网卡等模块组成的测试系统，以实现对冲击波超压的采集和传输。 2.2.2 系统结构 本文所设计冲击波测试系统的核心由 FPGA 和 DSP 组成，包括丰富的外设资源，能 够实现对高频信号的高速、实时采样，同时具备强大的数据处理能力，系统的总体结构 如图 2-3 所示。 由图可知，该系统可实现在线与离线两种采集方式，传感器输出的信号送入 AD9238 芯片后，在 FPGA 的控制下进行模数转换，在线采集时 FPGA 控制 DDR3 SDRAM 缓存 将数据通过千兆网卡接口传输至上位机，离线采集时通过 UPP 数据总线将结果输送至 DSP 中进行处理，并将处理后的数据通过 USB2.0 、百兆网卡等接口将传输到上位机进 行进一步的处理或存储至 SD 卡。 主要包括的模块有： （ 1 ）传感器部分：作为一种检测装置其主要作用是对冲击波超压信息进行检测。 （2） A/D 模块：将传感器采集的信号进行模数转换。 （3） FPGA 模块： FPGA 作为该测试系统同步采集的核心，主要作用是控制 A/D 模 块的双通道数据同步进行转换及 DDR3 SDRAM 、千兆网卡、 UPP 总线的逻辑控制。 （4） DSP 模块：其主要作用是接收 UPP 总线发送的信息，并对其做相应的处理， 然后把结果通过 USB 、百兆网卡接口发送出去或存储至 SD 卡中，从而减轻 FPGA 处理 器的压力。 （5）千兆网卡模块：将 DDR3 SDRAM 中缓存的数据高速传输至上位机。 2.3 主要模块的选型 2.3.1 传感器型号选择 传感器作为一种检测装置能够对外界信息进行感应，本系统所选择的传感器需要对 冲击波信号进行检测，然后将其转换为电信号输入至系统，因此传感器的性能优良直接 影响到系统的测试性能。 常见的应变式传感器固有频率高，对高频信号进行采集时采集到的数据可能会发生 畸变甚至有很大的偏差。此外冲击波测试环境复杂，爆炸产生的高温和强光易使压阻式 传感器产生漂移。故冲击波压力测试大多采用压电式传感器。 本文选用美国 PCB 公司生产的 ICP 压电式传感器进行测试，其虽对电缆的电容和噪 声要求比较高，但具有灵敏度高、固有频率高、温漂小、信噪比高等优点 [33] ，满足冲击 波测试要求。本系统选择了 102B15 、 102B16 系列的传感器。实物图如图 2-4 所示。

参考链接：omapl138 fpga三核高速数据采集处理核心平台方案_深圳信迈科技DSP+ARM+FPGA的博客-CSDN博客 

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