号源的其余几个辅助控制引脚则采用通用PIO口进行控制。通过此种方式，可大大提高对扫频信号源的控制速度，并减少处理器对扫频信号源进行一次完整控制所需花费的指令数量，从而减轻处理器工作量。
5.4 本章小结
本章通过对控制系统需要实现的功能和任务量进行分析，在充分保证系统工作速度和测量精度的条件下，设计了以FPGA芯片为基础、嵌入式32位软核处理器NIOS II为控制核心的控制系统。通过FPGA硬件逻辑与NIOS II处理器的结合，实现了稳定高效的系统控制，并为系统升级提供了广阔的空间。
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6 系统工作电源设计与实现
本系统作为一个便携式测量设备，对系统的供电有较为严格的要求，既要保证系统电能供应的充足，又要充分考虑系统的轻便性，一个稳定高效的供电电源对于本系统比不可少。因此本节结合系统实际工作中对电源的需求，对系统的供电系统进行了详细的介绍。
6.1 系统电源需求分析
根据本系统各部分电路工作特性，零中频解调电路需要一组?5V的供电，通过实际电路测试，该部分电路整体功耗在100mA以内，但由于该部分属于模拟电路，因此要求电源纹波电压尽量小，因此可用LM7805和LM7905线性稳压电路进行线性稳压得到。扫频信号源电路需要一路3.3V电源来给AD9854芯片供电。通过查阅AD9854ASVZ官方数据手册可知，其峰值工作电流最高可达1210mA，因此，为了保证扫频信号源的稳定工作，必须使用输出电流较大的稳压电路，常用的3.3V稳压芯片有AMS1117、LM1117，其中，AMS1117最大只能提供1A的输出电流，LM1117最大只能输出800mA的电流，因此两者均不能满足AD9854的正常工作要求。为了得到稳定的3.3V供电，本设计采用三端可调线性稳压器LM317，通过调节输出电压的方式使其输出稳定的3.3V，该芯片最大可输出1.5A的电流，因此满足系统设计要求。
在实际使用过程中，使用开关电源电路往往可以提高系统的效率，但考虑到开关电源较大的输出纹波，而AD9854又属于一个模数混合器件，对供电电源要求较高，因此这里采用舍弃效率的方式来获得较高的性能。
AD9854的两路输出需要进过差分放大来对信号幅度进行一定的放大，放大电路工作在?5V的供电下，因此，此路供电可以与零中频解调电路共用同一组供电。ADC采样电路需要一路单电源5V供电，因为该芯片工作时功耗较低，因此与零中频解调共用+5V供电。FGPA本身功耗相对较高，加上LCD显示屏，因此，整个控制系统工作时功耗较高，实际测试，当系统运行时，功耗最大可达500mA。同时，FPGA控制系统作为一个高速数字电路，本身就是一个噪声源，为了尽量减小该部分电路对模拟电路的干扰，为其设计了一路独立的供电，并通过磁珠将控制系统地平面与零中频解调电路和扫频信号源的地平面隔开，以减少模拟电路和数字电路间的相互干扰。
通过以上分析可知，系统总共需要1路3.3V供电，一组?5V供电，一路+5V供电，系统总功耗约4W。因为LM7805、LM7905、LM317的输入输出压差均要求不低于2V，因此，供电电源正电源端必须大于7V，负电源端必须低于-7V。为了满足以上条件，本设计采用4枚锂电池实现供电系统。
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6.2 系统电源电路设计
本系统供电采用4枚锂电池通过串联的方式，其结构如图（6.1）所示。锂
123电池的正常输出电压范围在3.6V至4.2V之间，因此VCC+和GND之间的压差为7.2V至8.4V，VCC-和GND之间的压差为-7.2V至-8.4V，满足LM7805等三端稳压器件的正常工作要求。 A VCC++-+GND-+-+VCC--锂电池1B锂电池2锂电池3锂电池4 图6.1 锂电池供电电路原理 6.3 稳压电路设计 本系统稳压电路设计如图（6.2）所示，通过调节RP1使得LM317的输出稳定在3.3V。控制系统的5V供电电路与+5V_ANA路一致，因此此处不再附其原C理图。 DTitleSizeA4Date:File:123Number2014/5/23E:\\毕业设计业务\\梅雪松\\写 32
123D2AU1VCC+3C13100uF1N4007LM3172INOUTADJ1+3.3VR1200RC14470uF/16VR2470RLED1RP11KD31N4007C151uFC160.1uFC170.01uFC180.1uFGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDBD41N4007U2VCC+1C19100uF78053C20470uF/16VR3470RLED2123J2+5V_ANAVinVoutGND2D51N4007C211uFC220.1uFC230.01uF+5V_ANAGNDGNDCGNDD61N4007U379053GNDGNDGNDGNDGNDGND-5V_ANA-5V_ANAR4470RLED3VCC-2VinVoutGND1C28100uFD71N4007C24470uF/16VC251uFC260.1uFC270.01uFGNDDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND 图6.2 系统稳压电路 TitleSizeA4Date:File: Num6.4 本章小结 12014/E:\\毕23本章主要针对系统对电源的要求，设计了以锂电池为供电电源、三端稳压集成电路为各模块稳压供电的供电系统。
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7 系统软件设计与实现
为了实现频率特性的精准测量以及友好的人机交互体验，系统的软件设计至关重要。本章先从各个电路模块工作特性入手，分析其软件设计要求，最后再通过QSYS系统搭建可满足系统的软核处理器系统。并最终完成系统的软件设计。
7.1 系统软件设计需求分析
本控制系统软件设计主要实现人机交互、扫频信号源控制、ADC驱动以及幅度和相位的运算，现分别对各部分功能对硬件的要求以及软件的设计要求方面进行分析。
本系统人际交互主要由LCD液晶显示屏和红外遥控接收电路组成，红外遥控的解码已经在FPGA内部用逻辑电路实现，软件设计时只需要在解码完成中断到来时读取解码到的红外遥控命令即可。LCD液晶显示屏采用16位I80并口进行数据传输，该模块驱动采用通用PIO外设即可实现，不需要中断功能。因此该部分软件设计较为简单，主要就是对LCD屏中寄存器的读和写操作。
设计对于扫频信号源的控制要求较高，为了能按照指定的速度和事件对扫频信号源控制，系统需要采用一路定时器来产生所需的扫频控制时间。
对于ADC的驱动，根据TLV2544支持的通信接口，系统需要一路SPI主机接口，控制系统通过对SPI外设的操作，来实现对ADC的控制。
幅度和相位的运算因为采用纯软件实现，因此不需要硬件外设的参与。但是由于在扫频的过程中有大量的采样数据需要缓存，同时为了支持友好的人机交互界面，处理器对运行内存的要求较高，为了满足此要求，系统加入了一片64Mbit的SDRAM来作为系统运行内存。
7.2 软件架构设计
本系统在程序总体框架下设计了三个子任务来分别实现空闲、点频测量、扫频测量工作，接下来本文将结合系统总体架构，对系统的软件设计进行细致的讲解和分析。
7.2.1 软件主体设计
本设计控制系统最终架构如图（7.1）所示。系统启动后首先对各个功能模块进行初始化，然后显示出系统界面，然后进入等待状态，当接收到红外指令后，系统开始根据指令内容选择系统所需运行的任务，然后系统对应的任务处开始执行该任务。
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