FPGA在激光测距机电路检测系统中的应用

引言
针对部队各类激光测距机的维修保障，我所研制出了一套便携式激光测距机电路检测仪，能实现对 85手持式、 88式、88对海式等五类激光测距机电路系统的快速检测和维修指导，极大地提高了维修效率。由于要完成对光信号的接收和处理，测距机的电路系统涉及到许多窄脉宽信号，而且具有严格的信号时序。其中的 AGC信号、触发信号等脉宽均只有几十个 uS，主波和回波信号的脉宽均只有 1～2uS，信号时间间隔精确到 nS级，为信号检测增加了难度；同时，电路系统的控制信号繁多，各类装备的接口各异，这些都为检修仪的设计提出了挑战，仅采用传统的单片机和常规 IC难以实现。随着大规模集成电路技术的飞速发展，CPLD和 FPGA等可编程逻辑器件在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性等方面都有了很大的改进和提高，从而为高效率、高质量、灵活地设计嵌入式单片机系统提供了可能。可编程逻辑器件的加密功能也使产品开发者的权利得到保障。因此，本文基于 FPGA逻辑器件设计了激光测距机的电路检测系统。
2检测系统硬件组成 脉冲信号
通信MCU 数据采集处理

如图 1所示，检测系统由 MCU数据处理、 FPGA及其配置器件、被测信号调理、激励信号驱动适配、液晶显示等功能模块组成。其工作原理是： MCU根据用户操作向 FPGA发送测试相应命令， FPGA模块产生激励信号，为被测电路提供工作时序，采集电路信号测量其特征参量，并将测试结果传送给 MCU，MCU处理测量结果，进行故障分析判断，并在液晶屏上实时显示测试波形和数据信息。可见， FPGA是整个检测系统的关键部分，整合了与 MCU的通信、测试命令的解释及决策、测试激励信号的产生和输入信号检测等功能。
通过对检测对象中所有被测信号的分析，根据测试功能、处理速度和芯片容量的需求，本检测系统中FPGA芯片选用 ALTERA公司Cyclone系列的EP1C3T144。该器件采用 0.13um工艺制造、TPFQ封装，拥有104个I/O口和2910个逻辑单元，可直接由外部晶振提供 100MHz的时钟输入，也可经片内 PLL倍频，工作在更高的频率。采用 Verilog HDL硬件描述语言来实现 FPGA各功能模块，然后通过 EDA开发平台，对设计文件进行逻辑编译、逻辑化简、综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，最后对 FPGA芯片进行编程，实现系统的设计要求。FPGA的配置采用了专用配置芯片 EPCS1，用 ByteBlaster II对其进行下载编程。
3 FPGA功能模块划分及实现
在 FPGA的功能实现上，首先构建整体方案，然后划分功能模块，再针对每个功能模块进行编程、波形仿真，最后进行整体功能的仿真和实验测试。根据上节分析，可将 FPGA的作用分成 SPI通信接口、命令解释与决策、时钟分频、激励信号产生、电路信号测试等功能模块，如图 2所示。