CN104467749A - 一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路及其方法。本电路包括DSP、FPGA、两组四路串行DA和两组四路低通滤波器。DSP将接收的波形参数转化为信号幅度；将信号幅度转化为对应FPGA内部固化波形所对应的数值，然后将计算后的数据发送到FPGA芯片中，在FPGA芯片内固定存储三组波形，通过固定的时钟频率寻址，产生三组数字波形，根据信号格式进行组合，产生设备需要的数字信号，通过DA转换和滤波器滤波，即得到设备所需要的音频信号。采用本电路和方法，有效地克服了现有设计中的不足，提高了DDM调整精度，在调整功率的同时保证DDM数值不变，SBO过零点稳定，使用方便、可靠，可成功应用于产品。

Description

一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路及其方法
技术领域
    本发明涉及仪表着陆系统（ILS），尤其涉及一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路及其方法。
背景技术
音频信号产生电路为国内新型米波仪表着陆设备（ILS）配备。仪表着陆系统（ILS）是国际民航组织确定的一种标准飞机进场着陆系统，它可以为进场着陆的飞机提供垂直和水平的引导信息。音频信号产生电路产生的信号包含引导飞机着陆的DDM信号和识别信号。
目前，已知现有设备的音频信号产生电路由单片机、乘法放大器、数模转换芯片（DA）和低通滤波器电路构成。该电路存在信号调整线性差、过零信号不稳定、受温度影响很大及可靠性差等缺陷。
发明内容
为了克服现有设备的音频信号产生电路信号调整线性差，过零信号不稳定等不足，本发明提供一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路及其方法。新的设计方案使得仪表着陆地面设备的技术指标、集成度、可靠性及可操作性均大幅度提高。
    为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路，其特征在于：包括DSP芯片、FPGA芯片、两组四路串行DA转换芯片和两组四路低通滤波器电路，其中DSP芯片通过总线与FPGA芯片连接，FPGA芯片分别与两组四路串行DA转换芯片连接，两组四路串行DA转换芯片分别与两组四路低通滤波器电路连接，两组四路低通滤波器电路共产生八路信号，FPGA芯片产生两路过零信号。
本发明所述的一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路的方法，其特征在于：所述的DSP芯片从串口接收需要调整的波形参数，在波形参数解析程序中，将参数转化为信号幅度；在归一化波形参数程序中将信号幅度转化为FPGA内部固化波形所对应的数值，然后将计算后的数据发送到FPGA芯片中，在FPGA芯片内固定存储三组波形，通过固定的时钟频率寻址，产生三组数字波形，其波形的幅度根据DSP芯片传输的数据进行调整，然后三组数字波形根据信号格式进行组合，产生设备所需要的数字信号，通过DA转换将数字信号转换为模拟信号，通过低通滤波器滤除信号的高次协波，即得到设备所需要的音频信号。
本发明所产生的有益效果是：采用本电路和方法，有效地克服了现有设计中的不足，提高了DDM（调制度）调整精度，在调整功率的同时保证DDM数值不变，SBO（抑制载波的双边带信号）过零点稳定，使用方便、可靠，可成功应用于产品。同时只要将本发明的DSP芯片和FPGA芯片的程序稍加变动，即可适用于不同设备的音频信号产生模块，因此，本电路具有很大的通用空间。
附图说明
图1为本发明的音频信号产生电路框图；
图2为本发明的一路低通滤波器电路原理图；
图3为本发明实施例中的DSP程序流程图；
图4为本发明实施例中的FPGA逻辑电路框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
参照图1，一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路包括DSP芯片、FPGA芯片、两组四路串行DA转换芯片和两组四路低通滤波器电路，其中DSP芯片通过总线与FPGA芯片连接，FPGA芯片分别与两组四路串行DA转换芯片连接，两组四路串行DA转换芯片分别与两组四路低通滤波器电路连接，两组四路低通滤波器电路共产生八路信号，FPGA芯片产生两路过零信号。
参照图2，本电路中的两组四路低通滤波器电路中的每一路低通滤波器电路采用由型号为OPA2277的运算放大器N1A和电阻电容组成的滤波器，电阻R1的一端为信号输入端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接运算放大器N1A的1脚和2脚，同时1脚为信号输出端，电阻R2的另一端连接电容C2的一端和运算放大器N1A的4脚，电容C2的另一端接地，滤波器N1A的8脚接+15V电源，4脚接-15V电源。
参照图3，本电路的DSP程序流程是：DSP芯片从串口接收需要调整的波形参数，在波形参数解析程序中，将参数转化为信号幅度；在归一化波形参数程序中将信号幅度转化为FPGA内部固化波形所对应的数值，然后将计算后的数据发送到FPGA芯片中，在FPGA芯片内固定存储三组波形，通过固定的时钟频率寻址，产生三组数字波形，其波形的幅度根据DSP芯片传输的数据进行调整，然后三组数字波形根据信号格式进行组合，产生设备所需要的数字信号，通过DA转换将数字信号转换为模拟信号，通过低通滤波器滤除信号的高次协波，即得到设备所需要的音频信号。
实施例：参照图4，以航道CSB（AM调幅信号）的形成过程为例：航道CSB信号包含90Hz、150Hz、1020Hz，在FPGA内固化了三组波形分别为90Hz、150Hz、1020Hz，分别经过三个乘法器和三个除法器将三组波形的幅度改变为设定的数值，然后1020Hz信号经过码键电路，变为经过键控调制的信号；90Hz、150Hz和直流信号通过一个三路加法器产生航道CSB信号。
FPGA根据DSP计算的数据完成波形产生和合成，用Verilog语言设计所需要的逻辑。如DSP数据总线接口、ROM、地址产生电路、码键生产电路、总线开关、乘法器、加法器、减法器、比较器、绝对值电路、DA接口电路等逻辑电路。在FPGA的顶层文件中将上述电路进行例化和组合，如图4所示。
DSP从串口接收如功率、DDM、SDM等要调整的波形参数，在波形参数解析程序中，将功率、DDM、SDM等参数转化为90Hz、150Hz、1020Hz和直流信号幅度。在归一化波形参数程序中将90Hz、150Hz和直流信号幅度转化为对应FPGA内部固化波形所对应的数值。然后将计算后的数据发送到FPGA中，由FPGA产生所需要的波形。
本音频信号产生电路采用数字信号处理芯片（DSP）和现场可编程逻辑阵列（FPGA）为主要电路，采用数字DDS（直接数字合成技术）技术，通过DA和低通滤波器产生设备所需要的信号，共产生十路信号，分别为航道CSB（AM调幅信号）信号、航道SBO（抑制载波的双边带信号）信号、航道1020Hz信号、航道过零信号和航道相位电压信号，余隙CSB信号、余隙SBO信号、余隙1020Hz信号、余隙过零信号和余隙相位电压信号。其中航道相位电压信号和余隙相位电压信号为直流信号，其大小决定SBO信号的射频相位，航道过零信号和余隙过零信号为SBO调整到载波的控制信号，航道1020Hz和余隙1020Hz为导航识别信号，航道CSB、航道SBO、余隙CSB和余隙SBO中的90Hz、150Hz、1020Hz和直流的幅度比例决定飞机的着陆线路。

Claims (3)

1.一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路，其特征在于：包括DSP芯片、FPGA芯片、两组四路串行DA转换芯片和两组四路低通滤波器电路，其中DSP芯片通过总线与FPGA芯片连接，FPGA芯片分别与两组四路串行DA转换芯片连接，两组四路串行DA转换芯片分别与两组四路低通滤波器电路连接，两组四路低通滤波器电路共产生八路信号，FPGA芯片产生两路过零信号。
2.根据权利要求1所述的一种仪表着陆地面设备音频信号产生电路，其特征在于：两组四路低通滤波器电路中的每一路低通滤波器电路采用由型号为OPA2277的运算放大器N1A和电阻电容组成的滤波器，电阻R1的一端为信号输入端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接运算放大器N1A的1脚和2脚，同时1脚为信号输出端，电阻R2的另一端连接电容C2的一端和运算放大器N1A的4脚，电容C2的另一端接地，运算放大器N1A的8脚接+15V电源，4脚接-15V电源。
3.一种采用如权利要求1所述的仪表着陆地面设备音频信号产生电路的方法，其特征在于：所述的DSP芯片从串口接收需要调整的波形参数，在波形参数解析程序中，将参数转化为信号幅度；在归一化波形参数程序中将信号幅度转化为FPGA内部固化波形所对应的数值，然后将计算后的数据发送到FPGA芯片中，在FPGA芯片内固定存储三组波形，通过固定的时钟频率寻址，产生三组数字波形，其波形的幅度根据DSP芯片传输的数据进行调整，然后三组数字波形根据信号格式进行组合，产生设备所需要的数字信号，通过DA转换将数字信号转换为模拟信号，通过低通滤波器滤除信号的高次协波，即得到设备所需要的音频信号。
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