一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，包括以FPGA和单片机为构架的核心板、通信实验模块、信号采集与处理模块、用电器检测模块为可插拔的外设模块，可实现通信、放大器、电源类科创实验。本发明专利技术采用以FPGA和单片机为构架的核心板，可灵活配置外设，实现对模拟电路、FPGA和单片机的训练，满足电子信息类大学生科创训练的基本需求。本发明专利技术采用电容触摸屏作为本地交互界面，也可通过WIFI与PC端连接，实现显示和按键控制。本发明专利技术采用多个可插拔实验模块，善用继电器实现硬件上的可调设计，灵活性高、体积灵巧、发挥实验者的创造性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台
本专利技术涉及电子技术，用于电子信息类专业的FPGA、ARM和硬件课程实验。
技术介绍
在某种情形下，电子信息专业这类学生无法进入实验室，对于电子信息等专业的大学生来说，没有实验室各类仪器如示波器、信号源、学生电源和硬件平台的支持，科创训练和电子实验课程无法正常进行。一方面，由于实验室常用仪器具有价格昂贵、体积笨重、不可颠簸的缺点，学校不可能为每位学生配备齐全的实验设备，使得大学生的科创训练受到了很大的阻碍；另一方面，即使在仪器完备的情况下，缺少合适的硬件实验平台，也会大大限制学生们训练的全面性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，将通信类实验、信号处理类实验和电源类实验进行整合，让电子类专业学生摆脱实验器械和实验课程的限制，进行全面的科创基础训练。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，特点是该平台包括：核心板、信号采集模块、信号处理模块、通信实验模块、DDS模块、用电器检测实验模块及电源模块；所述核心板分别与信号采集模块、DDS模块和用电器检测实验模块连接；所述信号采集模块分别与核心板及信号处理模块连接；所述信号处理模块分别与信号采集模块及通信实验模块连接；所述通信实验模块分别与信号处理模块及DDS模块连接；所述DDS模块分别与核心板及通信实验模块连接；所述用电器检测实验模块与核心板连接；所述电源模块分别连接核心板、信号采集模块、信号处理模块、通信实验模块、DDS模块及用电器检测实验模块。所述核心板由可编程器件FPGA、ARM单片机、DDR3模块、WIFI模块和LCD显示屏构成，可编程器件FPGA分别与ARM单片机、DDR3模块和LCD显示屏相连；ARM单片机分别与可编程器件FPGA、WIFI模块和LCD显示屏相连；DDR3模块与可编程器件FPGA相连；WIFI模块与ARM单片机相连；LCD显示屏分别与可编程器件和ARM单片机相连。所述信号采集模块由模数转换电路和数模转换电路构成，模数转换电路与信号处理模块相连，数模转换电路与核心板相连。所述信号处理模块由挡位切换增益控制电路、输入隔直阻抗匹配电路及补偿放大输出匹配电路构成，挡位切换增益控制电路与输入隔直阻抗匹配电路相连，输入隔直阻抗匹配电路与补偿放大输出匹配电路相连。所述通信实验模块由低噪声放大电路、自动增益控制电路、混频器电路、中频段放大电路以及峰值包络检波电路构成，低噪声放大电路与自动增益控制电路相连，自动增益控制电路与混频器电路相连，混频器电路与中频段放大电路相连，中频段放大电路与峰值包络检波电路相连。所述用电器检测实验模块由电压电流感应电路和高压接口构成，电压电流感应电路与核心板相连。本专利技术的有益效果脱离复杂的各类实验仪器，仅使用该实验平台能完成包括电源，信号发生器，示波器这几类仪器的功能，使得使用者不需要进入实验室就能随时随地进行实验。采用插拔式设计，灵活便利，通过插入配套的模块可以完成包括用电器检测，信号处理以及通信实验这三类电子类基础实验，实验模块设置有多个测试口，使用者可以跟踪实验信号，对实验有全面完整的掌握。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为核心板结构示意图；图3为信号处理模块结构示意图；图4为通信实验模块结构示意图；图5为本专利技术各模块连接示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作详细描述。参阅图1、图5，本专利技术由核心板1、信号采集模块2，信号处理模块3，通信实验模块4，DDS模块5，用电器检测实验模块6连接而成。所述用电器检测实验模块6与DDS模块5与核心板1中的ARM单片机12连接；所述信号采集模块2与核心板1中的可编程器件FPGA11连接；所述ARM单片机12采用STM32F767单片机；所述可编程器件FPGA11采用ARTIX-7FPGA。参阅图2、图5，所述核心板1由ARTIX-7FPGA11、STM32F767ARM单片机12、DDR3模块13、WIFI模块14和LCD显示屏15构成。ARTIX-7FPGA11分别与STM32F767单片机12、DDR3模块13、LCD显示屏15和信号采集模块的数模转换电路22相连；STM32F767单片机12分别与ARTIX-7FPGA11、WIFI模块14、LCD显示屏15、DDS模块5与用电器检测实验模块6中的电压电流感应电路61相连；DDR3模块13与ARTIX-7FPGA11相连；WIFI模块14与STM32F767单片机12相连；LCD显示屏15分别与ARTIX-7FPGA11及STM32F767单片机12相连。参阅图3、图5，所述信号处理模块3主要由挡位切换增益控制电路31、输入隔直阻抗匹配电路32及补偿放大输出匹配电路33组成。所述挡位切换增益控制电路31与输入隔直阻抗匹配电路32相连，输入隔直阻抗匹配电路32与补偿放大输出匹配电路33相连，补偿放大输出匹配电路33与信号采集模块2中的模数转换电路21、通信实验模块4的低噪声放大器41相连。参阅图4、图5，所述通信实验模块4由低噪声放大电路41，自动增益控制电路42，混频器电路43，中频段放大电路44以及峰值包络检波电路45构成。所述低噪声放大电路41与自动增益控制电路42相连。所述自动增益控制电路42分别与低噪声放大电路41和混频器电路43相连。所述混频器电路43分别与DDS模块5、自动增益控制电路42和中频段放大电路44相连。所述中频段放大电路44与峰值检波电路45相连。参阅图5，所述用电器检测实验模块6由电压电流感应电路61与高压接口62组成。所述电压电流感应电路61与核心板1中的STM32F767单片机12相连。本专利技术是这样工作的，采用STM32F767单片机12进行用电器检测模块6的控制，以实现电源类实验，采用ARTIX-7FPGA11控制数模转换电路模块22进行信号的输出，经过信号处理类模块3进行输出信号的调理，调理完毕后可接入模数转换电路21中采样进行信号以及其各项参数的显示，以实现示波器功能，同时可以控制数模转换电路模块22通过调理信号使其满足通信类模块4的输入要求，以作为该实验的输入信号源，实现信号发生器的功能，并且以STM32F767单片机12对DDS模块5进行控制以输出通信类模块4中混频器电路43所需的下变频信号。本专利技术不使用任何一台实验仪器，但可以同时完成电源，信号发生器，示波器的功能。同时通过通信实验部分完成AM调制解调实验，可以使得使用者了解AM通信的流程以及各时刻信号的波形与参数。实施例1本实施例以通信类实验为例，使用核心板1，通信实验模块4以及DDS模块，采用插板的方式插入设计的系统中，核心板1中的STM32F767单片机12对DDS模块5进行控制以输出通信类模块4中混频器电路43所需的下变频信号，所需测量的AM调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，其特征在于，该平台包括：核心板（1）、信号采集模块（2）、信号处理模块（3）、通信实验模块（4）、DDS模块（5）、用电器检测实验模块（6）及电源模块（7）；所述核心板（1）分别与信号采集模块（2）、DDS模块（5）和用电器检测实验模块（6）连接；/n所述信号采集模块（2）分别与核心板（1）及信号处理模块（3）连接；/n所述信号处理模块（3）分别与信号采集模块（2）及通信实验模块（4）连接；/n所述通信实验模块（4）分别与信号处理模块（3）及DDS模块（5）连接；/n所述DDS模块（5）分别与核心板（1）及通信实验模块（4）连接；/n所述用电器检测实验模块（6）与核心板（1）连接；/n所述电源模块（7）分别连接核心板（1）、信号采集模块（2）、信号处理模块（3）、通信实验模块（4）、DDS模块（5）及用电器检测实验模块（6）。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，其特征在于，该平台包括：核心板（1）、信号采集模块（2）、信号处理模块（3）、通信实验模块（4）、DDS模块（5）、用电器检测实验模块（6）及电源模块（7）；所述核心板（1）分别与信号采集模块（2）、DDS模块（5）和用电器检测实验模块（6）连接；
所述信号采集模块（2）分别与核心板（1）及信号处理模块（3）连接；
所述信号处理模块（3）分别与信号采集模块（2）及通信实验模块（4）连接；
所述通信实验模块（4）分别与信号处理模块（3）及DDS模块（5）连接；
所述DDS模块（5）分别与核心板（1）及通信实验模块（4）连接；
所述用电器检测实验模块（6）与核心板（1）连接；
所述电源模块（7）分别连接核心板（1）、信号采集模块（2）、信号处理模块（3）、通信实验模块（4）、DDS模块（5）及用电器检测实验模块（6）。


2.根据权利要求1所述的基于FPGA和ARM的多功能信号处理平台，其特征在于，所述核心板（1）由可编程器件FPGA（11）、ARM单片机（12）、DDR3模块（13）、WIFI模块（14）和LCD显示屏（15）构成，可编程器件FPGA（11）分别与ARM单片机（12）、DDR3模块（13）和LCD显示屏（15）相连；ARM单片机（12）分别与可编程器件FPGA（11）、WIFI模块（14）和LCD显示屏（15）相连；DDR3模块（13）与可编程器件FPGA（11）相连；WIFI模块（14）与ARM单片机（12）相...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋梦欣，瞿祝，刘一清，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31