eng
Выпуск #5/2008
С.Карпов.
Программируемые системные чипы FUSION – применение в гидролокаторах
Программируемые системные чипы FUSION – применение в гидролокаторах
Просмотры: 2341
Гидроакустика получила широкое практическое применение, так как в воде, вследствие её электропроводности, никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются на большое расстояние. Из наиболее существенных применений гидроакустики следует отметить эхолоты и гидролокаторы, которыми пользуются для поиска подводных лодок противника, определения невидимых подводных препятствий, рыбопромысловой разведки и др. Компания Actel предлагает элементную базу, которая может быть эффективно использована для построения современных систем гидролокации.
Главная :: Выпуски 2008 года
Выпуск № 5/2008 :: Элементная база электроники
Все объявления
ЯндексДирект
Дать объявление
Кварцевые генераторы и резонаторы
Керамические SMD-типа. Широкий выбор частот, размеров исполнения.
Адрес и телефон · www.irit.ru
Счетчики СЭО, СЭБ, ПСЧ, СЭТ
Доставка в регионы. Гибкие системы скидок. Сертификаты, паспорта.
www.energo-progress.ru
Акция Стартеры Генераторы Дешево
Самые дешевые стартеры и генераторы фирмы WAI и Cargo на ваш авто
Адрес и телефон · www.vm-center.ru · Москва
Счетчик ПСЧ - Звоните!
Счетчик ПСЧ в наличии. Цены завода + хорошие скидки + доставка!
Адрес и телефон · set-4tm.ru
С.Карпов.
Программируемые системные чипы FUSION – применение в гидролокаторах
Загрузить полную версию статьи в формате .pdf (284 кб) Pdf
Гидроакустика получила широкое практическое применение, так как в воде, вследствие её электропроводности, никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются на большое расстояние. Из наиболее существенных применений гидроакустики следует отметить эхолоты и гидролокаторы, которыми пользуются для поиска подводных лодок противника, определения невидимых подводных препятствий, рыбопромысловой разведки и др. Компания Actel предлагает элементную базу, которая может быть эффективно использована для построения современных систем гидролокации.
В настоящее время наиболее распространенным активным устройством является гидролокатор бокового обзора (ГБО) с импульсной модуляцией. ГБО излучает короткий пучок импульсов фиксированной частоты. Расстояние R до цели находится по времени запаздывания t0 отражённого импульса: R=ct0/2, где с — скорость распространения звука в среде. Поворачивая приемоизлучающую антенну, можно просканировать определенный участок или сделать круговой обзор. Частота излучения в гидролокаторах обычно составляет 10–40 кГц.
В ГБО (рис.1) импульс электрического напряжения, выработанный генератором, усиливается и через коммутатор "прием-передача" подается на приемоизлучающую антенну (вибратор), которая излучает в воду акустический импульс длительностью 10–100 мс в определенном телесном угле или во всех направлениях. По окончании излучения вибратор подключается к приемному усилителю для приема и усиления отраженных от объектов импульсных акустических сигналов. С усилителя принятый сигнал поступает через низкочастотный или полосовой фильтр на блок обработки данных (БОД).
В современных гидролокаторах активно используются методы цифровой обработки сигналов (ЦОС), что позволяет увеличить чувствительность, а следовательно, дальность и разрешение гидролокатора. Обработанная информация выводится уже не на электронно-лучевую трубку и наушники, а на жидкокристаллический (ЖК) экран или дисплей компьютера. Это позволяет выводить на экран больше полезной информации и в более удобном для оператора виде.
Гидролокаторы позволяют определить не только расстояние до объекта, но также его скорость и направление движения, используя эффект Доплера – изменение частоты отраженного сигнала в зависимости от скорости и направления движения объекта относительно источника сигнала. Если объект приближается, то частота отраженного сигнала будет больше частоты исходного:
ƒ=ƒ0/(1-ν/c),
где ν – скорость источника, ƒ0 – частота сигнала, излучаемого источником. Когда объект удаляется от источника излучения, частота отраженного сигнала будет меньше излучаемой частоты:
ƒ=ƒ0/(1+ν/c).
Раньше в аналоговых системах для определения частоты отраженного сигнала собирались наборы узкополосных аналоговых фильтров. В зависимости от того, с какого фильтра поступал сигнал, определялись направление и скорость движения объекта.
В современных микропроцессорных системах гидролокации для определения частоты отраженного сигнала используют различные методы цифрового спектрального анализа. Применительно к программируемой логике, наиболее предпочтительным является быстрое преобразование Фурье (БПФ). По сравнению с другими методами, использование БПФ позволяет в значительной степени сократить количество выполняемых операций и тем самым уменьшить количество требуемых ресурсов ПЛИС.
В качестве элементной базы для микропроцессорных систем гидролокации можно использовать ПЛИС компании Actel.
Компания Actel разработала первое в мире цифроаналоговое семейство ПЛИС – программируемый системный чип (ПСЧ) Fusion (рис.2). ПСЧ Fusion изготовлен по Flash-технологии. В отличие от ПЛИС, выполненных по SRAM-технологии, у Flash ПСЧ Fusion отсутствует этап загрузки – ПСЧ переходит в рабочий режим непосредственно после включения питания, – а также бросок тока потребления при подаче питающего напряжения. Flash-технология изготовления обеспечивает более низкое динамическое потребление мощности по сравнению с аналогичными ПЛИС, выполненными по SRAM-технологии.
Логическая матрица ПСЧ Fusion имеет объем от 90 000 до 1 500 000 логических ячеек. Помимо логической матрицы ПСЧ включает в себя:
* 10 аналоговых блоков, называемых аналоговыми квадрантами, каждый из которых имеет три измерительных канала – измерения напряжения, тока и температуры – с регулируемыми усилителями и один конфигурируемый выход управления с повышенной нагрузочной способностью;
* конфигурируемый 8-, 10- или 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой дискретизации 6•105 Гц;
* кварцевый генератор;
* RC-генератор;
* часы реального времени (ЧРВ);
* регулятор напряжения с выходным напряжением 1,5 В;
* блок Flash ПЗУ объемом до 8 Мбит, который доступен из матрицы ПЛИС как для чтения, так и для записи, и может использоваться, например, для хранения кода программмы IP-процессора;
* блок Flash ПЗУ объемом 1 кбит, который доступен из матрицы ПЛИС только для чтения и может быть использован, например, для хранения конфигурационных данных и/или серийного кода платы. Этот блок программируется через JTAG-интерфейс;
* блоки двухпортового ОЗУ.
На входы аналоговых квадрантов можно подавать аналоговый сигнал амплитудой до 12 В. Поэтому нет необходимости в согласующих усилителях между входными цепями приемника сигнала и ПЛИС.
Регулятор напряжения имеет выходное напряжение 1,5 В, которое можно использовать для питания логической матрицы ПСЧ. Регулятор может быть включен или выключен внутренними сигналами с ЧРВ или из логической матрицы, или посредством внешнего сигнала. Это особенно актуально для портативных систем, так как позволяет уменьшить среднее потребление мощности за счет динамического перевода ПСЧ в отключенный режим, если прибор не используется.
Fusion может быть идеальным решением для разработки недорогой, компактной микропроцессорной однокристальной схемы ГБО с минимальным набором внешних устройств (рис.3). В качестве микропроцессора можно использовать IP-ядра специально разработанного для использования в ПЛИС ARM процессора Cortex-M1 или хорошо известного разработчикам микропроцессора семейства MCS51 Core8051s, предоставляемые бесплатно при условии использования в ПЛИС Actel. Оба процессора являются программной версией выпускаемых аппаратных микропроцессоров. Поэтому написанное ранее для них программное обеспечение может в ряде случаев использоваться без изменений. Actel также предоставляет большое количество различных IP-блоков, в том числе DSP, контроллеров дисплеев, клавиатуры и других периферийных устройств, а также интерфейсных контроллеров, таких как UART, USB, SPI, PCI. Помимо этого, можно разрабатывать собственные DSP-модули в пакетах Matlab и Simulink, а затем конвертировать их в формат интегрированной среды разработки Libero. В результате в Libero получаются IP-блоки DSP, которые можно использовать в своем проекте. Таким образом, в ПСЧ Fusion может быть размещена большая часть схемы гидролокатора (см. рис.3).
Отметим, что одна и та же аппаратная реализация может использоваться в различных проектах. Изменяется только дизайн ПЛИС. Это позволяет значительно сократить затраты и сроки на разработку, так как в ряде случаев можно начать отладку нового проекта, используя уже готовые платы из предыдущего проекта, а не разрабатывать новую аппаратную часть.
Таким образом, гибко варьируя дизайн ПСЧ Fusion и набор IP-блоков, можно разрабатывать недорогие компактные автономные гидролокаторы, а также модули, подключаемые к компьютерам мощных гидролокационных станций.
Предыдущая статья:
Сигнальные контроллеры. Два в одном Содержание Следующая статья:
Соединители для систем AdvancedTCA и MicroTCA: решения компании Harting
Оставить комментарий >
Имя: (обязательно)
E-mail: (не публикуется)
Комментарий:
Введите
контрольный код: Cryptographp PictureReload
Выпуск № 5/2008 :: Элементная база электроники
Все объявления
ЯндексДирект
Дать объявление
Кварцевые генераторы и резонаторы
Керамические SMD-типа. Широкий выбор частот, размеров исполнения.
Адрес и телефон · www.irit.ru
Счетчики СЭО, СЭБ, ПСЧ, СЭТ
Доставка в регионы. Гибкие системы скидок. Сертификаты, паспорта.
www.energo-progress.ru
Акция Стартеры Генераторы Дешево
Самые дешевые стартеры и генераторы фирмы WAI и Cargo на ваш авто
Адрес и телефон · www.vm-center.ru · Москва
Счетчик ПСЧ - Звоните!
Счетчик ПСЧ в наличии. Цены завода + хорошие скидки + доставка!
Адрес и телефон · set-4tm.ru
С.Карпов.
Программируемые системные чипы FUSION – применение в гидролокаторах
Загрузить полную версию статьи в формате .pdf (284 кб) Pdf
Гидроакустика получила широкое практическое применение, так как в воде, вследствие её электропроводности, никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются на большое расстояние. Из наиболее существенных применений гидроакустики следует отметить эхолоты и гидролокаторы, которыми пользуются для поиска подводных лодок противника, определения невидимых подводных препятствий, рыбопромысловой разведки и др. Компания Actel предлагает элементную базу, которая может быть эффективно использована для построения современных систем гидролокации.
В настоящее время наиболее распространенным активным устройством является гидролокатор бокового обзора (ГБО) с импульсной модуляцией. ГБО излучает короткий пучок импульсов фиксированной частоты. Расстояние R до цели находится по времени запаздывания t0 отражённого импульса: R=ct0/2, где с — скорость распространения звука в среде. Поворачивая приемоизлучающую антенну, можно просканировать определенный участок или сделать круговой обзор. Частота излучения в гидролокаторах обычно составляет 10–40 кГц.
В ГБО (рис.1) импульс электрического напряжения, выработанный генератором, усиливается и через коммутатор "прием-передача" подается на приемоизлучающую антенну (вибратор), которая излучает в воду акустический импульс длительностью 10–100 мс в определенном телесном угле или во всех направлениях. По окончании излучения вибратор подключается к приемному усилителю для приема и усиления отраженных от объектов импульсных акустических сигналов. С усилителя принятый сигнал поступает через низкочастотный или полосовой фильтр на блок обработки данных (БОД).
В современных гидролокаторах активно используются методы цифровой обработки сигналов (ЦОС), что позволяет увеличить чувствительность, а следовательно, дальность и разрешение гидролокатора. Обработанная информация выводится уже не на электронно-лучевую трубку и наушники, а на жидкокристаллический (ЖК) экран или дисплей компьютера. Это позволяет выводить на экран больше полезной информации и в более удобном для оператора виде.
Гидролокаторы позволяют определить не только расстояние до объекта, но также его скорость и направление движения, используя эффект Доплера – изменение частоты отраженного сигнала в зависимости от скорости и направления движения объекта относительно источника сигнала. Если объект приближается, то частота отраженного сигнала будет больше частоты исходного:
ƒ=ƒ0/(1-ν/c),
где ν – скорость источника, ƒ0 – частота сигнала, излучаемого источником. Когда объект удаляется от источника излучения, частота отраженного сигнала будет меньше излучаемой частоты:
ƒ=ƒ0/(1+ν/c).
Раньше в аналоговых системах для определения частоты отраженного сигнала собирались наборы узкополосных аналоговых фильтров. В зависимости от того, с какого фильтра поступал сигнал, определялись направление и скорость движения объекта.
В современных микропроцессорных системах гидролокации для определения частоты отраженного сигнала используют различные методы цифрового спектрального анализа. Применительно к программируемой логике, наиболее предпочтительным является быстрое преобразование Фурье (БПФ). По сравнению с другими методами, использование БПФ позволяет в значительной степени сократить количество выполняемых операций и тем самым уменьшить количество требуемых ресурсов ПЛИС.
В качестве элементной базы для микропроцессорных систем гидролокации можно использовать ПЛИС компании Actel.
Компания Actel разработала первое в мире цифроаналоговое семейство ПЛИС – программируемый системный чип (ПСЧ) Fusion (рис.2). ПСЧ Fusion изготовлен по Flash-технологии. В отличие от ПЛИС, выполненных по SRAM-технологии, у Flash ПСЧ Fusion отсутствует этап загрузки – ПСЧ переходит в рабочий режим непосредственно после включения питания, – а также бросок тока потребления при подаче питающего напряжения. Flash-технология изготовления обеспечивает более низкое динамическое потребление мощности по сравнению с аналогичными ПЛИС, выполненными по SRAM-технологии.
Логическая матрица ПСЧ Fusion имеет объем от 90 000 до 1 500 000 логических ячеек. Помимо логической матрицы ПСЧ включает в себя:
* 10 аналоговых блоков, называемых аналоговыми квадрантами, каждый из которых имеет три измерительных канала – измерения напряжения, тока и температуры – с регулируемыми усилителями и один конфигурируемый выход управления с повышенной нагрузочной способностью;
* конфигурируемый 8-, 10- или 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой дискретизации 6•105 Гц;
* кварцевый генератор;
* RC-генератор;
* часы реального времени (ЧРВ);
* регулятор напряжения с выходным напряжением 1,5 В;
* блок Flash ПЗУ объемом до 8 Мбит, который доступен из матрицы ПЛИС как для чтения, так и для записи, и может использоваться, например, для хранения кода программмы IP-процессора;
* блок Flash ПЗУ объемом 1 кбит, который доступен из матрицы ПЛИС только для чтения и может быть использован, например, для хранения конфигурационных данных и/или серийного кода платы. Этот блок программируется через JTAG-интерфейс;
* блоки двухпортового ОЗУ.
На входы аналоговых квадрантов можно подавать аналоговый сигнал амплитудой до 12 В. Поэтому нет необходимости в согласующих усилителях между входными цепями приемника сигнала и ПЛИС.
Регулятор напряжения имеет выходное напряжение 1,5 В, которое можно использовать для питания логической матрицы ПСЧ. Регулятор может быть включен или выключен внутренними сигналами с ЧРВ или из логической матрицы, или посредством внешнего сигнала. Это особенно актуально для портативных систем, так как позволяет уменьшить среднее потребление мощности за счет динамического перевода ПСЧ в отключенный режим, если прибор не используется.
Fusion может быть идеальным решением для разработки недорогой, компактной микропроцессорной однокристальной схемы ГБО с минимальным набором внешних устройств (рис.3). В качестве микропроцессора можно использовать IP-ядра специально разработанного для использования в ПЛИС ARM процессора Cortex-M1 или хорошо известного разработчикам микропроцессора семейства MCS51 Core8051s, предоставляемые бесплатно при условии использования в ПЛИС Actel. Оба процессора являются программной версией выпускаемых аппаратных микропроцессоров. Поэтому написанное ранее для них программное обеспечение может в ряде случаев использоваться без изменений. Actel также предоставляет большое количество различных IP-блоков, в том числе DSP, контроллеров дисплеев, клавиатуры и других периферийных устройств, а также интерфейсных контроллеров, таких как UART, USB, SPI, PCI. Помимо этого, можно разрабатывать собственные DSP-модули в пакетах Matlab и Simulink, а затем конвертировать их в формат интегрированной среды разработки Libero. В результате в Libero получаются IP-блоки DSP, которые можно использовать в своем проекте. Таким образом, в ПСЧ Fusion может быть размещена большая часть схемы гидролокатора (см. рис.3).
Отметим, что одна и та же аппаратная реализация может использоваться в различных проектах. Изменяется только дизайн ПЛИС. Это позволяет значительно сократить затраты и сроки на разработку, так как в ряде случаев можно начать отладку нового проекта, используя уже готовые платы из предыдущего проекта, а не разрабатывать новую аппаратную часть.
Таким образом, гибко варьируя дизайн ПСЧ Fusion и набор IP-блоков, можно разрабатывать недорогие компактные автономные гидролокаторы, а также модули, подключаемые к компьютерам мощных гидролокационных станций.
Предыдущая статья:
Сигнальные контроллеры. Два в одном Содержание Следующая статья:
Соединители для систем AdvancedTCA и MicroTCA: решения компании Harting
Оставить комментарий >
Имя: (обязательно)
E-mail: (не публикуется)
Комментарий:
Введите
контрольный код: Cryptographp PictureReload
Отзывы читателей
