基于Xilinx Spantan 3E的瞬态响应测试仪系统

系统方案论证与选择

　　整体方案规划

　　根据设计要求，整体方案规划为：EXCD-1可编程片上系统开发板、动态显示模块、D/A模块、A/D模块、调理电路、按键输入模块及二阶系统网络。为了实现各个模块的功能，我们分别进行了方案设计与论证。

　　核心控制器

　　采用Xinlix公司的EXCD-1开发板，基于Xilinx Spartan 3E FPGA器件的应用并结合Xilinx的集成开发工具ISE和嵌入式开发工具EDK。

　　综合考虑瞬态响应仪的基本要求和发挥部分的要求，我们采用EXCD-1可编程编程片上系统开发板进行系统设计制作，能在很大程度上提高了系统的运行速度及可靠性等性能指标。

　　直流阶跃信号源模块

　　方案一：直接产生法。将系统50MHz晶振时钟频率进行分频，引到I/O口直接输出再经过运算放大器和调理电路送到二阶系统网络。

　　方案二：用555集成芯片和L、C搭建成方波产生电路，再经过施密特触发器整形，从而产生标准方波。

　　方案三：由EXCD-1开发板的MicroBlaze处理器生成。结构为嵌入块式RAM加D/A模块，采用EXCD-1可编程片上系统开发板内信号发生模块。MicroBlaze通过PLB总线控制地址生成器生成阶跃信号地址和阶跃信号数据，将其传送给双端口RAM并存储。再通过按键启动控制，通过RAM上的地址序列读取其中的信号数据送给D/A，经高速D/A芯片的数模转换，输出直流阶跃信号。

　　动态显示模块

　　方案一：LED点阵显示屏。以发光二极管为像素，采用动态扫描驱动方式进行工作，可显示文字和图形，多块LED点阵显示器组合即可显示大量信息。但显示不够细腻，占空间。

　　方案二：使用L12864液晶实现动态显示，LCD液晶微功耗，显示信息量大且内容丰富，串行模式占用I/O口资源少，增加了系统的美观性与直观性，具有很好的人机交互界面。

　　比较上述方案，为了动态显示大量信息和界面美观。我们采用第二种方案，使用LCD液晶来实现友好的人机交互界面。

　　A/D转换模块

　　方案一 ：TLC2543是12位串行A/D芯片转换，占用I/O口资源少，其转换时间为10μs，但线性误差大。

　　方案二：ADC0809为8路模拟信号分时采集的模数转换器件，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。但采样精度较低。

　　方案三：ADS828是一个高速的CMOS A/D转换器，此转换器提供了性能优良的单一输入端和可用于提高操作具有差分输入时的杂散性能。其具有高精度的10位量化，高带宽采样/保持，低失真和高信噪比。

　　综合考虑题目的要求，为了提高测量二阶系统性能指标的精度，使系统达到设计要求，选择方案三。