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LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计方案介绍

2018年01月12日 16:28 次阅读

随着人们生活水平的提高,公路上的私家车辆也增多了,但随之带来的问题就是交通事故发生率居高不下,严重危害着人们的生命安全。文中就如何预防交通事故发生,研究设计一种响应迅速、高可靠性并且经济实用的汽车防擅报警设备。该设备在设计过程中的关键任务是利用置于汽车车头左右两端的双路通道高速采集激光雷达回波信号并对其进行实时存储和处理,进而快速测量自身交通工具与障碍物之间的距离及相对速度。

1 系统概述

对用于高速公路中的雷达系统而言,考虑到开车的速度比较快,对于一些突发事件无法立刻做出响应,因此就要求设计的防撞雷达探测距离尽量长些,可让驾驶员提前做好安全准备工作,因此这种高速公路防撞系统一般选用激光探测法。采用激光测距的汽车防撞系统结构图,如图1所示。

基于DSPFPGA汽车防撞报警设备高速数据采集

2 硬件总体设计原理及框图

对于激光雷达回波信号经过光电器件转换后形成的电信号,其信号频率高,脉冲宽度相对比较窄,信号幅度低,背景噪音大,如果是选用低速的数据采集系统进行数据采集的话,那么将会存在数据精度不高的不足,所以必须采用高采样率、高分辨率的数据采集系统。系统总体原理框图如图2所示。

基于DSPFPGA汽车防撞报警设备高速数据采集

该系统的主要信号流程:由激光传感器获得的2路激光雷达回波信号先通过缓冲放大等前端调理后,同时送到AD转换电路进行模数转换,然后可以同时被中央逻辑控制模块FPGA来采集,这样相对于用DSP的分时采集来说,极大的提高了速度。FPGA一方面完成对A/D的采样控制,另一方面与DSP的EMIF接口形成传输通道,完成了AD与DSP之间的数据传输任务,避免了ADC直接与DSP通信,降低了对大量的数据传输的压力。

2.1 前端信号调理电路

2.1.1 前端放大电路

从传感器中输出的信号必须经过调理才能够有效地进行数据采集,为了达到最高的测量精度,应该使被测信号的电压变化范围放大至ADC最大量程附近,所以需要将传感器出来的小信号通过前端放大电路线性放大成适合系统的的电信号。在本系统中主要选用了AD公司生产的AD8062低成本的运放模块来实现的,如图3所示。

基于DSPFPGA汽车防撞报警设备高速数据采集

2.1.2 前端差分电路

为了消除偶次谐波分量,抑制共模噪声源,起到系统抗干扰的效果,本系统的AD转换电路采用差分输入的形式,而信号经过放大电路后得到的是单端信号,所以,必须要将前端的输入单端信号转化为差分信号。本设计选用了ADI公司生产的AD8620驱动芯片构成差分驱动电路,其具体电路设计如图4所示。

基于DSPFPGA汽车防撞报警设备高速数据采集

2.2 AD转化电路

在数据采集系统中AD是比较重要的环节,主要完成对激光回波信号的采集工作,而采样时钟信号可以由FPGA电路内部的时钟模块来提供。ADI公司的AD9481,可以采用差分输入,采样率达到250 MSPS,并且采用250 M的PECL标准的时钟信号,为此在设计中为产生该差分时钟信号,考虑选用MC100LEL16的时钟芯片。AD9481的数字输出属于并行接口,有16位的数据流,对于这么高速的数据与存储会出现竞争冒险,使系统不稳定,因此在设计时AD与FPGA的输出端之间串接了一个100 Ω的电阻,可以消除出现在0~1之间的毛刺与高速数据线之间的干扰,具体的AD硬件原理如图5所示。

基于DSPFPGA汽车防撞报警设备高速数据采集

2.3 数据处理部分硬件电路

本系统数据处理部分由FPGA和DSP两个部分来完成。根据前一级AD电路的信号输出时序进行VHDL编程,来实现同时对两路AD输出的数字信号的采集,将数据输入到FIFO模块中,然后通过EMIF总线将数据快速传输到DSP里进行相关算法的运算。

2.3.1 FPGA电路

FPGA采用硬件编程实现复杂的逻辑功能,不仅能够对采集到的大批量数据流进行预处理,而且作为整个控制系统的核心部分,提供系统所需的时钟信号,保证数据的有序采集,而且作为数据传输的纽带,保证了AD与DSP进行数据传输。结合采样存储传输等功能FPGA的模块主要分为4个部分:时钟管理模块、A/D控制模块、FIFO缓存模块、与DSP的EMIF接口模块:

1)时钟管理模块,该部分主要是产生系统所需的各模块的时钟信号,本系统采用ISE软件自带的DCM模块来实现。

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发表于 2018-03-09 16:45 656次阅读
一个电子工程师的硬件初学之路分享

初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

各种方案虽然只是初步的了解一些,但是发现这方面虽然有类似SOPC概念的海思和TI双核解决方案,而且是...

发表于 2018-03-09 14:19 651次阅读
初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

降低ADC信噪比损失的设计技巧

如果信号源具有低频分量,可以设计滤波器,使放大器能够容许较大的输入噪声(较高的输入噪声通常与较低的功...

发表于 2018-03-09 14:16 499次阅读
降低ADC信噪比损失的设计技巧

温度测量系统中高精度ADC设计

作者:上海润欣科技股份有限公司创研社 前言 温度测量的传感器有很多种,包括有热电偶、PRTD(pla...

发表于 2018-03-09 10:08 1442次阅读
温度测量系统中高精度ADC设计

了解ADC输入电压和物理参数之间的关系

许多初步了解 模数转换器 (ADC)的人想知道如何将ADC代码转换为电压。或者,他们的问题是针对特定...

发表于 2018-03-08 08:49 1916次阅读
了解ADC输入电压和物理参数之间的关系

如何实现智能产品喇叭振幅和喇叭温度保护

随着智能手机产品轻薄化的流行趋势,喇叭的体积越来越局限,这样造成外放的性能很难提升。同时,音频现在是...

发表于 2018-03-06 10:54 1906次阅读
如何实现智能产品喇叭振幅和喇叭温度保护

主动噪声控制平台的FPGA实现

主动噪声控制平台的FPGA实现。基于FPGA搭建了针对汽车的主动噪声控制平台,此平台可以正确实时地采...

发表于 2018-03-05 10:34 569次阅读
主动噪声控制平台的FPGA实现

学习硬件必须掌握的基础知识点总结

如果你认为这么多书,怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课,很多...

发表于 2018-03-04 15:28 1172次阅读
学习硬件必须掌握的基础知识点总结

基于FPGA的惯性导航系统设计

惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统,是一...

发表于 2018-03-04 09:25 83次阅读
基于FPGA的惯性导航系统设计

基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

本文主要介绍了基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设计。利用GPS提供的1pps秒脉冲信号...

发表于 2018-03-02 14:55 310次阅读
基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

信号链中运用采样保持放大器(THA)帮助超出AD...

在信号链中运用采样保持放大器(THA),可以从根本上扩展带宽,使其远远超出 ADC 采样带宽,满足苛...

发表于 2018-03-01 04:44 1500次阅读
信号链中运用采样保持放大器(THA)帮助超出AD...

基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

由于超级电容器单体性能参数的离散性,当多个单体串联组成电容器组时,在充放电过程中容易造成过充或过放现...

发表于 2018-02-28 08:40 416次阅读
基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

英特尔宣布开始发售英特尔® Stratix® 10 TX FPGA ,这也是业内唯一一款采用 58G...

发表于 2018-02-27 11:55 483次阅读
英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

针对Linux BSP开发的Petalinux,...

本实验工程将介绍如何利在赛灵思异构多处理器产品系列 Zynq UtralScale+ MPSoC ...

发表于 2018-02-27 11:01 4883次阅读
针对Linux BSP开发的Petalinux,...

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

本系统是基于DSP的数字图像处理系统,总体结构设计如图1所示。首先CCD摄像机拍摄视频图像,输出标准...

发表于 2018-02-26 19:57 182次阅读
异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

挑战愈演愈烈,DSP企业该如何守住阵地

不过,程序化行业的市场规模却没有像“口碑”一样,呈现急速下降的趋势,相反,经过野蛮增长期和洗牌期两个...

发表于 2018-02-26 19:51 154次阅读
挑战愈演愈烈,DSP企业该如何守住阵地

高通推处理器AI引擎 GPU和DSP组件首先启用

目前,大多数移动机器学习(ML)任务(如图像或语音识别)都在云中执行。智能手机将数据发送到云端,并将...

发表于 2018-02-26 19:47 243次阅读
高通推处理器AI引擎 GPU和DSP组件首先启用