基于CPLD的超声探测器发射控制电路设计论文.doc

1 绪论 1.1 背景及意义 水下超声波探测器最早在军事上得到运用，水下超声探测是利用超声波探测水中目标，主要运用在鱼雷，水下炸弹、深弹等领域，若能够自动搜索、定位、并跟踪目标,为引信发火控制系统提供更多信息,则将对提高水中武器弹药或战斗部的毁伤能力起很大作用。近些年各个国家的海军纷纷调整战略核心,将近海作为各自的重要领地,不断加重武器在浅海作战性能的要求,随着高技术的迅速发展,促使潜艇等在机动性、防护性等方面得到迅猛发展,因此对深弹探测目标的可靠性、有效射程、及爆炸威力等方面提出了更高的要求。其中,对目标的可靠探测更是离不开深弹引信的发展,而目前我国现役深弹引信功能单一,只有触发、电子延期两种作用方式,反潜能力有限。因此，导弹水下目标的超声波检测器，用于现代引信技术提高作业效率，深水炸弹，巩固我国沿海防御的意义是非常重要的。 在水中超声探测中，根据仿生学，探测信号一般由常频（CW）信号FM）信号组成CW信号是用来发现目标，FM信号用于目标定位的精细结构，目标识别。水下深弹能够准确的识别、以及打击目标，首先要解决的问题是怎样识别目标，为此，安装在弹头上的水下探测器能够产生常频信号（CW），当有目标回波信号时，立即自动切换发射调频信号（FM），系统进入目标跟踪、攻击阶段。实现这项信号转换功能的还需要控制电路的参与，与此同时，目前在信号转换技术上，大部分的厂商采取专用集成电路，显然这种芯片的开发成本相比其它的方法成本较高，另外自主研发的芯片在性能上与专用芯片的相差甚远，为此本文将采用先进的复杂可编程逻辑器件CPLD，高性能、低成本来实现此功能。 Complex PLD的缩写可以写成CPLD。它是一个相比于PLD器件更加强大的逻辑编辑器件。它的组成是经过很多的逻辑方块想结合构成。对于组成它的这些方块其实就相当于单个的PLD。可以通过根据每一独立的逻辑方块中和其他的独立方块的关系来相结合为完整的逻辑电路。所以复杂可编程逻辑器件具有很强的时序控制能力和逻辑组合能力,利用根据它的这些特点应用于超声探测发射控制电路设计的研究,不仅仅可以完成提高整个系统的集成度的任务。也可以达到其他的优点，比如提高了精确度和可靠性还可以削减制作的费用。 1.2 相关的技术研究 平常说的调制技术是基带信号传输信号CW），连续不断的波的简称，但这并不意味着信号的连续发射，但指的是频率和振幅。对于FM 的频率AM 的振辐时间而CPLD的这样的计数检波器件，可以辨别出信号的频率。使用这样的器件就可以满足检波还有滤波这样的两个方面效果。相比与以前的二极管包络检波器它的功能更加优越，弥补了以前的不足；由于CPLD包括了在线编程功能这个优势，所以能够通过改变VHDL程序来对CPLD再次配置，让计数检波判别电路包含有些柔性以及可升级性能，能够适时的改变检波输出。计数检波器是在控制电路中的CPLD的基础上实现的，即和部分控制电路集成在一块芯片上，减少了元器件的数量，提高了电路的可靠性和抗干扰能力。 1.3 本文的主要研究内容 本文主要研究超声波的发射控制电路和计数检波判别电路，对于CW信号的发射电路采用AT89C52单片机芯片控制晶振芯片产生，然后通过带通滤波电路，经过超声波发射头发射出去，搜索目标，当信号触碰到目标物体时产生回波信号，回波信号通过超声波接收头接收信号，再通过接收机阻抗匹配，将信号输入到两级放器进行放大，将放大后的信号再经过带通滤波电路、增益控制电路、整形电路等一系列电路后，以CPLD（EPM7128SLC84-15CPLD的计数检测判决电路的设计，用于判别多普勒频偏信号并产生控制信号，控制是否继续发射探测信号。 2 超声探测发射控制电路总体方案 水下超声探测是通过接收所发射的超声信号的回波信号来判断目标的有无，及目标的方位、距离和移动目标的速度等。由仿生学原理，根据目标的有无需发射不同的信号，即CW波或FM波，所以在电路上需要对回波信号进行判断，并根据判断的结果控制发射何种信号。 2.1 发射控制电路结构 本课题主要是把设计好的关于CW信号发射的程序写在AT89C52单片机中以及关于是否发射FM信号的VHDL程序写在CPLD芯片中，并通过LED灯的状态（亮或不亮）来显示是否成功实现对FM信号的控制功能，并且设计用一个稳压电路来驱动的方案，并进行论证。本次课题的设计内容主要分为以下三个部分： 第一部分：发射控制电路的硬件设计。包括设计方案的思路构想与选择，电路设计的可行性，元器件的选择等问题，本课题的硬件电路分为两大块，一是单片机芯片控制的常频（CW）信号发射电路，其中包括单片机芯片电路和带通滤波电路；二是以CPLD芯片控制的计数检波判别电路，其中包括接收机阻抗匹配电路、两级放大电路、带通滤波电路、增益控制电路、整形电路和CPLD芯片电路，还有