Файл: Задача данной выпускной квалификационной работы (далее вкр) состоит в том, что необходимо настроить совместную работу платы ацпцап data Conversion hsmc и плис cyclone iv e, установленной на отладочную плату de2115.docx

Глава 1. Постановка задачи

На сегодняшний день практически все радиоприемные устройства содержат в себе устройства по обработке и хранению информации в цифровом виде. Одними из таких устройств являются аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (далее – АЦП и ЦАП).

АЦП служат для преобразования входного тока или напряжения в двоичный цифровой код. Существуют различные типы АЦП: последовательного приближения, параллельные, конвейерные и т.д.

ЦАП служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал. Затем аналоговый сигнал поступает на устройства вывода. Это могут быть вольтметры, амперметры, динамики, осциллограф и т.п.

На данный момент в вычислительной технике широко применяются программируемые логические интегральные схемы (далее – ПЛИС). Сигнал, обработанный с помощью АЦП, возможно подать на ПЛИС для дальнейшей его обработки. Однако, современные АЦП и ЦАП устроены таким образом, что их настройка может осуществляться непосредственно с помощью ПЛИС, что дает широкий спектр возможностей.

Настройку и оценку работы АЦП и ЦАП через ПЛИС возможно произвести через отладочные платы АЦП-ЦАП. Ярким примером среди них является плата АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC от компании «Altera». Такие устройства позволяют оценить работу ПЛИС совместно с АЦП в кратчайшие сроки, не прибегая при этом к разработке и производству новых специализированных устройств.

Задача данной выпускной квалификационной работы (далее – ВКР) состоит в том, что необходимо настроить совместную работу платы АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC и ПЛИС Cyclone IV E, установленной на отладочную плату DE2-115.

Также в данной ВКР еще будет оценена возможность реализации проекта ПЛИС с использованием стороннего программного обеспечения (далее – ПО) «DEEDS».

Итого, цели ВКР следующие:

1. 
   Разработка проекта ПЛИС для совместной ее работы с платой
   АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC;
   
2. 
   Оценка возможности реализации данного проекта ПЛИС с использованием стороннего ПО «DEEDS».
   

2. Описание платы АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC

2.1 Назначение платы АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC. Классификация элементов.

---

Плата АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC выполняет преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую и из цифровой в аналоговую. Внешний вид платы представлен на рисунке 1 [1].



Рисунок 1 – Внешний вид платы АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC с обозначенными на ней элементами

Данная плата содержит в себе не только АЦП и ЦАП, но еще и другие устройства, необходимые для их работы. Условно эти устройства можно разделить по их функциональному назначению:

1. 
   A/D Converter Clock Select Jumpers (перемычки выбора источников аналогового сигнала для АЦП и источников цифрового сигнала для ЦАП; перемычки выбора режимов работы АЦП и ЦАП);
   
2. 
   Clock (SMA-разъемы для подачи тактирующих импульсов на входы АЦП и для вывода оцифрованного сигнала с АЦП на ЦАП);
   
3. 
   Components and Interfaces (основные устройства и периферия).
   

Теперь рассмотрим более детально каждый элемент данной платы АЦП-ЦАП.

2.2 Перемычки выбора источников тактирующего сигнала для АЦП и источников цифрового сигнала для ЦАП. Перемычки выбора режимов работы АЦП и ЦАП. Их обозначение на плате и назначение.

Начнем с описания перемычек выбора источников тактового импульса для АЦП. На плате они обозначены, как J3 и J7.

Перемычка J3 отвечает за выбор источника тактового импульса для АЦП A/D Converter Channel A, обозначенного, как U1. Перемычка J7 отвечает за выбор источника тактовых импульсов для АЦП A/D Converter Channel B, обозначенного, как U2.

На рисунке 2 показан фрагмент схемы электрической принципиальной, где показан принцип взаимодействия мультиплексора с перемычкой J3 [2].



Рисунок 2 – Мультиплексор ICS854054 с перемычкой J3

Принцип работы состоит в следующем. На плате установлен мультиплексор ICS854054. Перемычки J3 и J7 управляют его логическими входами и соединяют эти входы с выбранными выходами. Мультиплексор затем подает тактирующий сигнал на входы АЦП. В таблице 1 указано назначение контактов перемычек для управления мультиплексорами U9 и U10.

Таблица 1 – Назначение контактов перемычек J3 и J7 для управления мультиплексорами ICS854054

---

Обозначение и наименование элемента	Управление мультиплексором	Режим работы
Перемычка J3	U9	Для подачи тактового сигнала с ПЛИС: соединить контакты 3-5, 4-6 Для подачи тактового сигнала с SMA-разъема: соединить контакты 3-5, 2-4
Перемычка J7	U10	Для подачи тактового сигнала с ПЛИС: соединить контакты 3-5, 4-6 Для подачи тактового сигнала с SMA-разъема: соединить контакты 3-5, 2-4

Далее рассмотрим перемычки выбора режима питания для АЦП U1 и U2. Данные перемычки обозначены на схеме электрической принципиальной, как J2 и J6. J2 отвечает за выбор режима питания для АЦП U1, а J6 за выбор режима питания АЦП U2. На рисунке 3 представлен фрагмент схемы электрической принципиальной, где показан принцип работы перемычек J2 и J6 [2].


Рисунок 3 – Принцип работы перемычек J2 и J6

В таблице 2 показано назначение контактов перемычек J2 и J6.

Таблица 2 – Назначение контактов перемычек J2 и J6

Обозначение и наименование элемента	Управление АЦП	Режим работы
Перемычка J2	U1	Оба контакта соединены: АЦП отключен Оба контакта не соединены: АЦП в рабочем состоянии
Перемычка J6	U2	Оба контакта соединены: АЦП отключен Оба контакта не соединены: АЦП в рабочем состоянии

Рассмотрим принцип работы перемычек J15 и J17, отвечающих за подачу оцифрованного сигнала на входы ЦАП, обозначенного на плате, как U3. Здесь так же, как и в случае с АЦП, возможно подать оцифрованный сигнал как с ПЛИС, так и с внешнего генератора тактовых импульсов. По аналогии с АЦП, они так же управляют мультиплексорами ICS854054. На рисунке 4 представлен фрагмент схемы электрической принципиальной с мультиплексором ICS854054 и перемычкой J15.



Рисунок 4 – Мультиплексор ICS854054 и перемычка J15

В таблице 3 представлено назначение контактов перемычек J15 и J17.

---

Таблица 3 – Назначение контактов перемычек J15 и J17 для управления мультиплексорами ICS854054

Обозначение и наименование элемента	Управление мультиплексором	Режим работы
Перемычка J15	U11	Для подачи оцифрованного сигнала с ПЛИС: соединить контакты 3-5, 4-6 Для подачи оцифрованного сигнала с SMA-разъема: соединить контакты 3-5, 2-4

Продолжение таблицы 3

Обозначение и наименование элемента	Управление мультиплексором	Режим работы
Перемычка J17	U12	Для подачи оцифрованного сигнала с ПЛИС: соединить контакты 3-5, 4-6 Для подачи оцифрованного сигнала с SMA-разъема: соединить контакты 3-5, 2-4

У ЦАП есть еще перемычка выбора режима подключения одной шины данных на его входы или двух шин. За это отвечает перемычка J11.
В таблице 4 представлено назначение контактов этой перемычки.

Таблица 4 – Назначение контактов перемычки J11

Контакты 1 и 2 соединены между собой	Режим одной шины
Контакты 1 и 2 соединены между собой	Режим двойной шины

Также данная плата позволяет оценить тактирующий импульс, поступающий с ПЛИС или с генератора тактовых импульсов. За это отвечает перемычка J23. Она также подключается к мультиплексору ICS854054 и управляет им. Назначение ее контактов аналогично перемычкам J3, J7, J15 и J17 (см. рис. 2).
2.3 SMA-разъемы для подачи тактирующих импульсов на входы АЦП и для вывода оцифрованного сигнала с АЦП на ЦАП

SMA-разъемы представляют собой коаксиальные соединители, установленных на плату. С помощью таких разъемов, как J26 и J30, возможно направить тактлвые импульсы с внешнего генератора на входы одного из АЦП. На рисунке 5 представлен фрагмент схемы электрической принципиальной, на котором изображены разъемы J26 и J30 [2].

---

Рисунок 5 – Разъемы J26 и J30

Тактовый импульс, сначала проходит через согласующую трансформаторную линию, а затем сигнал на направляется по линиям XT_IN_P и XT_IN_N к мультиплексорам U9 и U10 (см. рис. 2).

С помощью SMA-разъемов, обозначенными J25 и J28, возможно вывести тактирующий сигнал для его оценки на осциллографе. На рисунке 6 представлен фрагмент схемы электрической принципиальной SMA-разъемов J25 и J28 [2].

Тактовый импульс, исходящий от ПЛИС или от внешнего генератора приходит на входы мультиплексора U13 по линиям RX_CK_S0 и RX_CK_S1. Далее с помощью перемычки J23 можно направить сигнал от ПЛИС или от внешнего генератора на выходы мультиплексора по линиям RX_CLK_P и PX_CLK_N на SMA-разъемы J25 и J28.


Рисунок 6 – Подключение SMA-разъемов J25 и J28 к перемычке J23 и мультиплексору U13

2.4 Основные устройства и периферия

К основным устройствам и периферии относятся два АЦП AD9254 от компании «Analog Devices»; один ЦАП DAC 5672 от компании «Texas Instruments»; два SMA-разъема для подачи аналоговых сигналов на входы АЦП; два SMA-разъема для вывода данных с ЦАП; аудиокодек; один вход и один выход для аудиосигналов; разъем для наушников; HSMC-разъем; ячейку памяти I2c EEROM.

Более подробное описание каждого из вышеперечисленных элементов представлено в приложении А.

---