ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ ΚΑΙ...

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΩΝ

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥΘΕΟΔΩΡΟΠΟΥΛΟΥ ΘΕΟΔΩΡΟΥ

Δυνατότητες

•Αναπαραγωγή τυχαίου σήματος.

•Ανασύσταση σήματος Περιορισμένου Εύρους Ζώνης. (ΠΕΖ)

•Δύο γεννήτριες.

•Έλεγχος από PC.

Ανασύσταση σήματος ΠΕΖ•Χ[n] ακολουθία ψηφιακών δειγμάτων.

•Χs(t) παλμοσειρά πραγματικού χρόνου.

•Κυματομορφή πραγματικού χρόνου.

Αρχιτεκτονική

Συσσωρευτής φάσης

• Φ(p)=Φ(p-1)+Freg• Ρυθμός μεταβολής φάσης, ανάλογος του

Freg.• Συχνότητα σήματος εξόδου ανάλογη Freg.

2nFreg

Fout Fclk

mod2n

Συσσωρευτής φάσης

• Για Freg=1, η ελάχιστη συχνότητα της γεννήτριας. (το βήμα)

• Στο σύστημα μας Fclk=12ΜΗz, n=24 επομένως Fres=0.7Hz.

2nFclk

Fres

Μνήμη

• Αποθήκευση ψηφιακών δειγμάτων σήματος.• Για κάθε γεννήτρια υπάρχουν συνολικά 8

περιοχές μνήμης.• Τέσσερις από αυτές δεσμευμένες με ημίτονο,

τετραγωνικό παλμό, τριγωνικό παλμό, ράμπα.• Υπόλοιπες κενές προς εκμετάλλευση.

D/A converter.

• Zero order hold

Φάσμα D/A σήματος εξόδου

LPF

• Αποκοπή του ανεπιθύμητου υψίσυχνου περιεχομένου.

• Για τις γεννήτριες μας απλό RC με συχνότητα αποκοπής τα 2MHz.

• Ανεπιθύμητο βέβαια όταν θέλουμε να αναπαράγουμε σήματα με οξείες μεταβάσεις π.χ. τετραγωνικός παλμός.

Μοντέλο θορύβου

•Το σφάλμα λόγω αποκοπής των LSB της φάσης προκαλεί ελάχιστο SNR=6.02k-5.17db.•Το σφάλμα κβαντισμού προκαλεί SNR=6.02m+1.76db.•Επομένως πρέπει p>m+2.•Επιλέγουμε ελάχιστο δυνατό p=m+3.

Μοντέλο θορύβου

• Ο θόρυβος φάσης του ρολογιού της γεννήτριας προκαλεί δημιουργία πλευρικών συχνοτήτων.

• Glitches του D/A προκαλούν αιχμές στο φάσμα.

Το πρωτόκολλο επικοινωνίας PC κάρτας.• Επικοινωνία μέσω της παράλληλης θύρας του

υπολογιστή σε Epp mode.• Χρήση του Epp address write κύκλου και του

data write κύκλου.• Χρησιμοποιούμε τον address write για την

επιλογή κάποιας λειτουργίας της κάρτας(Amplitude, Dc offset κλπ)

• Τον data write για την αποστολή δεδομένων στην λειτουργία αυτή.

Το πρωτόκολλο επικοινωνίας PC κάρτας.Address write κύκλος. Data write κύκλος.

• Λειτουργία κάρτας ταυτόχρονα με άλλες στα πλαίσια RMCLab σε κοινό δίαυλο δεδομένων.

• Διάκριση μεταξύ κατάστασης προγραμματισμού κάρτας και κατάστασης λειτουργίας.

• Ανάγκη υλοποίησης ελέγχου από PLD.

Το πρωτόκολλο επικοινωνίας PC κάρτας.

Καταστάσεις κάρτας

Το PLD πραγματοποιεί αποκωδικοποίηση του διαύλου δεδομένου της παράλληλης και δημιουργεί τα κατάλληλα σήματα που επιτρέπουν:•Την απόκριση της κάρτας σε εντολές του διαύλου δεδομένων.•Τον σωστό προγραμματισμό της κάρτας.

PLD

Cards Σήματα προγραμματισμού.

To Hardware της γεννήτριας.Τμήμα διεπαφής

Τμήμα ελέγχου.

Τμήμα εφαρμογής

Ο προγραμματισμός της μονάδας ελέγχου (FPGA).

Η μονάδα ελέγχου του συστήματοςFPGA.• Ευθύνεται για την αποκωδικοποίηση των

εντολών που στέλνουμε στην κάρτα.• Για την καταχώρηση δεδομένων που

αφορούν το πλάτος, την συχνότητα, την dc συνιστώσα των σημάτων σης γεννήτριας.

• Για την λειτουργία των accumulators του συστήματος.

• Για τον σωστό συγχρονισμό των accumulators με την μνήμη και τους D/A converters.

Αποκωδικοποίηση εντολών/Καταχώρηση δεδομένων.• Με την ανίχνευση address write κύκλου

αποκωδικοποίηση των D5..D0 και ενεργοποίηση του κατάλληλου register.

• Με την ανίχνευση data write κύκλου αποθήκευση των δεδομένων του διαύλου επικοινωνίας στον επιλεγμένο καταχωρητή

Οι accumulators του συστήματος.

Pipelined accumulator

To τμήμα ελέγχου χρονισμού.

• Στον δίαυλο διεύθυνσης της μνήμης(LUT) τοποθετούμε με εναλλαγή τις φάσεις που παράγουν οι accumulators.

Το τμήμα ελέγχου χρονισμού

• Η απόκριση της μνήμης στα δεδομένα του Address bus είναι.

•Καταχωρούμε τα δεδομένα του Data bus της μνήμης στον D/A που πρέπει όταν έχουμε αλλαγή δεδομένων φάσης.

Το τμήμα ελέγχου χρονισμού.

• Η καταχώρηση των δεδομένων στους AD9708 γίνεται με στην ανερχόμενη παρυφή του ρολογιού τους.

Το τμήμα ελέγχου χρονισμού.

Η διαδικασία εγγραφής στην μνήμη

• Εάν η γεννήτρια είναι κλειστή τότε επιτρέπουμε την μετάβαση της μνήμης σε κατάσταση εγγραφής δεδομένων. (Τμήμα ελέγχου μνήμης)

• Όταν ο αποκωδικοποιητής εντοπίσει εντολή εγγραφής ενώνει τον δίαυλο δεδομένων της μνήμης με τον δίαυλο της παράλληλης καθώς και το σήμα DS με το We της μνήμης.

Τμήμα ελέγχου μνήμης

•Τα We, Oe της μνήμης οδηγούνται από σήματα του αποκωδικοποιητή εντολών, Εάν η γεννήτρια είναι κλειστή. Αλλιώς η μνήμη λειτουργεί συνέχεια σε κατάσταση ανάγνωσης (We=1, Oe=0).

Η διαδικασία εγγραφής στην μνήμη

To software της γεννήτριας

• Υπεύθυνο για την δημιουργία κύκλων address write, command write.

• Με βάση αυτούς τους κύκλους ελέγχει όλες τις λειτουργίες της γεννήτριας.

Π.χ. Εγγραφή μνήμηςΚλείσιμο

γεννήτριας

Βημα Accumulator=1

Επιλογη περιοχής μνήμης

Εντολη εγγραφης δεδομένων σε

μνήμη

Δημιουργία δεδομένου προς

εγγραφη

Εγγραφη του δεδομένου

Αυξήση διεύθυνσης μνήμης

(Accumulator) kατα 1

ΟΧΙ

Επιτυχης εγγραφη περιοχης μνήμης

Count=2048?

Ναι

8 fores

epp_cw 15epp_dw 0

epp_cw 24 epp_dw 0epp_cw 1

epp_dw 32epp_cw 2epp_dw 0

epp_cw 9 epp_dw j

epp_cw 11

k = CInt(127 * (Math.Sin(2 * 3.14 * i / 2047) + 1))

epp_dw k

epp_cw 14 epp_dw 1

Το software της γεννήτριας.

• Επιτρέπει την χρήση και ενσωμάτωση γραφικών στο user interface της γεννήτριας.

• Επιτρέπει την αποθήκευση της κατάστασης (status) της.

• Καθορισμός χαρακτηριστικών σημάτων από scroll bars, text cells κλπ..

• Επιλογή σήματος προς αναπαραγωγή με την χρήση option buttons.

Εφαρμογές

Εφαρμογές