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基于CPLD控制的声信号发射系统设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-24 09:39:28




    同时,为了满足发射系统对作用距离的要求,就需要采用功率放大电路来确保发射换能器能够得到足够的发射功率;而匹配电路则可以使信号发射电路输出具有更好的频率特性,提高发射效率。因此,功放及匹配电路是信号发射电路中必不可少的一部分。
3.2 软件设计
   
波形存储器中的波形数据由于MATLAB仿真。MTLAB可以方便、快捷地生成波形数据,而且可根据需要方便地调整信号频率、周期、脉宽等参数;同时,生成的声发射信号具有失真度小,一致性好的优点。此外,MATLAB作为一种科学与工程计算的高级语言,还具有编程方便,语法简单等诸多优点。因此,声信号可以通过MATLAB软件的仿真产生。但是,由于产生的波形数据较多,直接用手工录入数据存储器中不仅费时且易出错。为此通过C语言编程将产生的波形数据形成*.hex文件格式。然后将波形数据整体下载到数据存储器M27C64A中。
    采用上述方法,波形数据生成简单,快捷,数据的修改方便,无需改动硬件电路即可实现信号发射电路的功能扩展。MATLAB中产生信号波形数据的xinhao.m文件如下:


    根据数据采集卡的传输速率及发射信号的频率,采样频率选fs为50 kHz,依据波形存储器容量设其为500 kHz,生成的波形数据存放在xinhao.hex中。上段程序表示每隔17 ms产生一组正弦波,每组由20个7 kHz的正弦波组成,每20个波持续时间为2.86 ms,图4所示为该程序产生的一组频率为7 kHz的发射信号。


4 实验结果
    发射电路经变压器匹配后,连接水声换能器,置于淡水中,由示波器观察在接收端收到的信号。图5所示为采用声信号发射电路后,换能器在水中发射的信号(7 kHz):其中横坐标为时间,单位为ms;纵坐标为幅值,单位为mv,图5(b)是图5(a)横轴扩展后的波形,从示波器可看出信号每幅17ms出现20个7 kHz的正弦波。

    对比图4和图5可知,电路产生的信号与发射信号一致,均为脉冲发射,每一组脉冲为20个7 kHz的正弦波,信号脉宽为2.86 ms,由于声信号在水中的衰减,信号的幅度为800 mV。另外,该信号为单频信号,也可以通过MATLAB编程产生其他频率的声信号,完成频分复用模式下的信号发射,同时也可以通过编码实现ASK等方式下的声信号发射。

5 结语
    提出了一种基于CPLD控制的低功耗信号发射电路,具有可扩展性和灵活性。该系统可以应用于水中信号的发射(需要匹配换能器)和空气中信号的发射。采用提出的波形存储方法优化了信号发射电路,通过改变波形存储器型号或容量大小,还可以对信号进行不同的复用方式,以满足不同情况下的需要。

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