Введение

В этой части представлены результаты работы генератора произвольных сигналов и измерителя частоты. Общее количество слов в тексте — около 1100, включая 24 рисунка.

Демонстрация результатов

<Рисунок 1: zongti.jpg>

<Рисунок 2: lianjie.jpg>

Видеоролик с демонстрацией работы программы размещён на платформе Bilibili.

Сцена для видео: после объединения разработанного устройства с Raspberry Pi к выходу DA подключается осциллограф, а к входу AD — генератор сигналов.

С помощью мыши можно управлять программой на Raspberry Pi с графическим интерфейсом (GUI), основанной на PyQt5. Программа позволяет изменять форму сигнала на выходе DA и измерять параметры сигнала, поступающего на вход AD.

Отображение формы сигнала

На рисунках 31–33 показано, что программа корректно отображает сигналы разной формы, генерируемые генератором: прямоугольные, синусоидальные и треугольные.

Измерение частоты с использованием Chirp-Z Transform

На рисунках 41–46 показано, как программа измеряет частоту синусоидального сигнала с помощью алгоритма Chirp-Z Transform. Частота сигнала изменяется от 1 МГц до 3,5 МГц с шагом 0,5 МГц. Результаты измерений отображаются в программе.

Измерения частоты с использованием метода полного фазового FFT со сдвигом фазы

На рисунках 51–56 показано, как программа использует метод полного фазового быстрого преобразования Фурье (FFT) со сдвигом фаз для измерения частоты синусоидальных сигналов с частотами 2,123456 МГц, 2 МГц, 2,5 МГц, 3 МГц, 4 МГц и 4,5678954 МГц. Измеренные значения частоты отображаются в программе, и точность измерений выше, чем при использовании Chirp-Z Transform.

Описание алгоритмов измерения частоты

• Chirp-Z Transform: подробное описание алгоритма не представлено.

• Метод полного фазового FFT со сдвигом фазы: подробное описание алгоритма также не представлено, но дана ссылка на научную статью.

Общее описание принципов работы

Описаны общие принципы работы системы, включая использование асинхронной очереди FIFO для синхронизации данных, полученных от Raspberry Pi, с данными, полученными от генератора сигналов. Также описан принцип работы механизма пинг-понг для обмена данными между памятью A и B.

Представлено описание принципа работы последовательной шины с волновым тактовым сигналом (WSPI), которая используется для передачи данных между Raspberry Pi и FPGA. Описан способ увеличения пропускной способности WSPI за счёт использования 12-битной линии данных вместо стандартной однобитной.

Реализация методов

Подробно описана реализация механизма пинг-понг в FPGA для управления асинхронной очередью FIFO. Представлены схемы состояний и результаты моделирования.

Также описана реализация WSPI на Raspberry Pi. Приведён фрагмент кода на Python, который показывает, как данные считываются из асинхронной очереди FIFO с использованием WSPI.