本项目采用银杏科技icore4T(stm32h750+fpga)核心板，设计信号发生与测量装置。由FPGA完成高速DAC采集，波形发生，多通道数据同步采集等相关功能。FPGA与stm32h750之间采用串口与spi通信等两种通信模式。fpga通过串口与stm32h750通信，并发送信号频率，幅度等相关信息，spi串行通信模块负责发送波形数据。stm32h750主要负责对接收的数据进行进一步的处理，通过串口屏进行实现人机交互，同时将波形送入TFT屏进行显示，另外stm32h750拓展了AD9954模块实现DDS信号发生功能。

主要设计内容

本系统是基于iCore4T核心控制器对信号产生与测量装置进行设计，集成了信号发生，多方位测量与显示等各部分功能模块。主要是对系统电源供电、高速ADC采集、多通道同步数据采集、高速DAC、DDS、TFTLCD屏幕显示、串口屏显示这七部分进行设计，内容有：

（1）采用可充电锂电池组为iCore4核心板及其扩展电路供电；选用单通道限流负载开关MT9700对整个系统进行限流保护；通过5V转3.3V、5V转-5V等电压转换电路为系统各个模块提供相应电压。

（2）基于AD9226模数转换器，设计信号处理与采集电路，将-5~+5V范围内的待采集电压衰减至1~3V并送入AD9226芯片进行模数转换，最后送至FPGA进行采集。

（3）基于AD7606-8（16位、8通道同步采样SAR型ADC）芯片实现多通道信号同步采集功能。

（4）基于3PD5651E数模转换器设计信号发生电路，通过3PD5651E模块输出频率、波形、幅度可调的模拟电压信号。

（5）选用AD9954芯片实现DDS功能。AD9954模块能够生成高达160MHz正弦信号，并具有输出扫频、跳频信号的功能。

（6）采用4.3寸TFTLCD屏，绘制并不断刷新原始或处理后的信号波形，提供对信号形态的直观观察。

（7）采用5寸电容型串口屏显示信号频率、幅度、波形等信息；通过串口界面进行人机交互和系统控制。

（8）将信号处理模块集成到iCore4核心板拓展电路中，完成各个模块的设计与调试，使各个模块根据程序指令协调工作，以完成系统整体功能。

项目属性

本项目为首次公开，未曾在其他比赛中获奖

设计原理

整个系统的设计分为软件部分与硬件电路两个方面的设计，在完成硬件电路设计后通过程序对系统各个模块进行调试，使各个模块根据程序设计流程有序工作来实现波形发生、信号测量、信号实时显示等功能，系统总体方案框图如图所示。

系统总体方案框图

为实现波形发生功能，FPGA控制高速DAC模块将离散的数字信号转变为差分电流信号，电流信号经过后级电路处理后产生可调模拟电压信号并进行输出（输出电压范围在-5~+5V内），此外，为提升系统发生信号的频率范围，丰富信号发生功能，系统由ARM控制AD9954模块实现对DDS功能的设计。

为实现多方位信号分析功能，FPGA首先对采集信号进行等精度测频与ADC数据采集；之后根据测量频率将对采样数据进行压缩处理；接下来FPGA一方面通过USART将数据传送至STM32，另一方面通过FIFO连续储存1024位处理后的采样数据并通过SPI将数据发送给STM32。STM32部分首先将接收到的波形数据进行FFT运算分析出信号成分、波形形状、谐波情况、失真度等多方面的参数情况，将分析出的信号参数送入串口屏显示，最后将FIFO接收数据经过波形数据提取后传输至RGB LCD屏幕进行波形显示。当上述工作完成后ARM通过SPI向FPGA发送指令，系统开始下一周期的数据的采集与处理，实现信号参数与波形的不断刷新与实时显示。