基于FPGA和ARM的发射机功放控制系统设计

摘要

功率放大器处于调频广播发射机系统的末端，是整个发射机系统的重要组成设备，其工作是否稳定可靠直接关系到广播节目的播出效果，在系统中占据至关重要的地位。但是功放属于大功率装置，往往存在一些固有属性，好比运行时温度高、电流大、对负载及其敏感，其工作是否安全稳定不仅容易受到频率、温度等内部因素干扰，前后相连设备的细微异动都会增加破坏功放的可能性。所以，需要对发射机电源及功放单元的各种模拟参数及开关量进行不断的采集，实时地对系统进行故障检测与处理，从而确保其工作的稳定性。
　　本文对发射机功放控制系统的发展背景及国内外研究现状进行了分析，结合功放分机工作流程，设计了符合技术指标要求的控制系统。在完成需求分析的基础上，制定了硬件结构设计方案。整个系统以ARM主控制模块为核心，FPGA数据采集模块与其他模块协同合作，分工承担系统任务。主控制单元采用了STM32F103ZG微处理器作为内核，完成了串口通信、界面显示、人机交互、故障检测程序以及开、关电程序等主要软件程序模块的设计。使用Spartan-6系列的FPGA实现了对多路模拟量和开关量的采集，给出了详细控制流程的实现过程。
　　最后，根据系统相关测试条件及标准，利用PC-网络调试助手、控制系统显控一体化测试平台等工具对控制系统的硬件和软件的可行性进行了评估和测试。这其中包括对核心元器件的测试、硬件电路的测试、软件程序的测试以及控制系统的整体功能测试。测试过程中，对出现的问题进行了原因分析，并给出了对应的解决办法，为系统的质量安全使用提供了保障。
　　测试证明，该控制系统运行状态良好，基本满足市场对广播发射机功放控制系统的功能和技术指标的需求，符合验收标准。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 论文主要工作及结构安排

第2章 控制系统总体方案研究

2．1 被控对象工作原理分析

2．2 控制系统需求分析

2．2．1 采集板性能需求

2．2．2 主控板性能需求

2．2．3 触摸屏显示需求

2．3 控制系统各单元任务分配

2．4 重要器件选型与分析

2．4．1 AD芯片选型及其分析

2．4．2 FPGA芯片选型及其分析

2．4．3 ARM芯片选型及其分析

2．4．4 数据总线传输方案选定

2．5 本章小结

第3章 控制系统硬件结构设计与实现

3．1 总体硬件结构设计

3．2 AD转换模块硬件实现

3．2．1 信号调理电路设计

3．2．2 AD／DA转换电路设计

3．3 TTL输入与输出缓冲电路

3．4 FPGA采集模块硬件实现

3．4．1 FPGA采集模块结构设计

3．4．2 FPGA及其配置电路

3．5 ARM主控制模块硬件实现

3．5．1 主控板模块结构设计

3．5．2 ARM外围电路设计

3．6 RS485串行通信总线电路设计

3．7 以太网控制器接口电路设计

3．8 电源系统电路设计

3．9 本章小结

第4章 控制系统软件设计与分析

4．1 功放单元工作流程

4．2 功放检测与控制逻辑

4．2．1 功放状态检测

4．2．2 功放状态控制

4．2．3 功放开／关电

4．2．4 功放开／关发射

4．2．5 故障判断与处理

4．2．6 远程／本地工作模式

4．3 FPGA采集与控制流程

4．3．1 时钟生成模块

4．3．2 PPS模块

4．3．3 AD7266配置模块

4．3．4 AD7266数据控制模块

4．3．5 通信故障判断模块

4．3．6 数据检测模块

4．3．7 TTL OUT控制模块

4．3．8 RS485通信模块

4．4 FPGA功能仿真测试

4．5 控制系统通信协议

4．5．1 RS485串口通信协议

4．5．2 与上位机通信协议

4．6 触摸屏人机交互功能设计

4．6．1 GUI图形用户界面介绍

4．6．2 按键触摸处理设计

4．7 本章小结

第5章 控制系统测试与调试

5．1 系统软硬件单元测试

5．2 控制系统整体功能测试

5．2．1 显控一体化测试平台

5．2．2 调试及问题分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献