基于SoPC的超声导波激励信号发生器设计

4 软件设计
软件部分在SDK中通过C语言编写完成,主要包括初始化、GPIO口键盘值读取、LCD显示、DDS频率字输入和调节等。由于导波频率在50 kHz～500 kHz，跨度较大。为方便实际检测，设计了频率粗调和微调功能。系统键盘包括设置键(Set)、粗调键(Adjust)、微调键(Fine)、确认键(OK)以及复位键(Reset)。上电后，频率控制字K为初始值16，系统产生50 kHz默认频率激励信号。每按一次粗调键(Adjust),K值增加，分别对应70 kHz、120 kHz、170 kHz等基数频率。用微调键(Fine)以3 kHz为步进值进行细调。通过写寄存器语句DDS_IP_mWriteReg将K值赋给DDS模块，产生相应频率激励信号。程序流程如图8所示。

5 实验结果分析
系统上电后，在键盘上选择激励频率值为70 kHz，使用NI PCI-5102数字化仪的虚拟示波器对输出信号进行采集和分析。捕捉到的激励信号如图9所示。由面板参数可知，波形最高幅值1.5 V,包含10个周期单音频信号的窄带脉冲宽度约为0.142 ms。改变键盘输入，对输出信号进行FFT频谱分析，如表1所示。实验结果表明，此设计产生的激励信号精度高，波形纯净，性能良好，频率连续可调，较好地满足了设计要求。

利用SoPC技术，给出了一种新的超声导波激励信号发生器的设计方法。重点论述了导波专用DDS模块的实现过程。把系统的主要功能集成在单片FPGA内，减少了外围电路，体积小，功耗低，抗干扰能力强，易于扩展和升级，有效降低了设计成本。产生的激励信号精度高，稳定性好，频率连续可调。本设计可方便地应用到管道超声导波缺陷检测中，并为开发小型化、集成化的导波检测系统提供了可能。
参考文献
[1] 吴斌，邓菲，何存富. 超声导波无损检测中的信号处理研究进展[J].北京工业大学学报,2007,33(4):342-348.
[2] 王军阵，王建斌，王帅. 基于DS89C430的超声导波激励信号源的设计[J].电子设计工程,2010,18(10):136-138.
[3] 吴斌，王智，金山，等.用于激励超声导波的任意波形发生器[J].北京工业大学学报,2002,28(4):389-393.
[4] 金传喜，武新军，夏志敏，等.导波检测用激励源的设计与应用[J].制造业自动化,2006,28(10):79-81.
[5] 田耘，胡彬，徐文波，等.Xilinx ISE Design Suite 10.xFPGA开发指南——逻辑设计篇[M].北京:人民邮电出版社,2008：27-29.
[6] 王金明.数字系统设计与Verilog HDL(第三版)[M].北京：电子工业出版社,2009：285-286.