王玉全，杜紅棉，楊　帆

（中北大學(xué)電子測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原30051）

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沖擊波超壓測試系統(tǒng)U盤讀數(shù)盒設(shè)計

王玉全，杜紅棉*，楊帆

（中北大學(xué)電子測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原30051）

摘要：針對野外環(huán)境進(jìn)行的沖擊波測試讀數(shù)和擦除操作繁瑣的情況，為了提高沖擊波超壓測試的效率，提出自帶電源、帶有擦除功能的U盤讀數(shù)盒的設(shè)計。該讀數(shù)盒通過USB控制芯片CY7C68013的GPIF接口與測試裝置通信并向測試裝置發(fā)送時鐘信號和控制信號，將Flash中的數(shù)據(jù)暫時讀入到其內(nèi)部FIFO中。然后通過68013內(nèi)部增強(qiáng)型8051單片機(jī)控制U盤文件管理芯片CH376S將數(shù)據(jù)存入到U盤中，實(shí)現(xiàn)對測試裝置的U盤讀數(shù)。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該讀數(shù)盒可以簡化野外沖擊波測試繁瑣的操作，提高沖擊波測試的效率。

關(guān)鍵詞：沖擊波超壓測試；CY7C68013；U盤讀數(shù)；CH376S；固件

近年來，隨著我國軍事的快速發(fā)展，對各彈種毀傷威力的測試需求越來越大。作為評價彈藥毀傷效果的重要參數(shù)，沖擊波超壓測試技術(shù)變得尤為重要，現(xiàn)今已開發(fā)出無線存儲式超壓測試系統(tǒng)，使沖擊波超壓測試得到極大的簡化。但是由于測試之后需要使用PC機(jī)對測試裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，給操作帶來了很大的不便。所以本文介紹一種無需PC機(jī)的讀數(shù)盒的設(shè)計，此讀數(shù)盒還具有擦除功能，使沖擊波超壓測試更加方便。

1　總體結(jié)構(gòu)及工作流程

U盤讀數(shù)擦除盒（以下簡稱讀書盒）是在USB控制芯片CY7C68013和U盤文件管理芯片CH376S的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的，總體框圖如圖1所示。

圖1中的基本組成為主控模塊、文件管理模塊和按鍵中斷，68013作為主芯片按固件程序完成U盤讀數(shù)和擦除操作。讀數(shù)操作由按鍵中斷給USB芯片發(fā)送讀數(shù)指令，USB再通過波形描述符輸出控制信號將數(shù)據(jù)從測試裝置中讀出到68013的FIFO中，再通過68013的增強(qiáng)型單片機(jī)控制U盤文件管理芯片CH376S完成數(shù)據(jù)的存盤；進(jìn)行擦除操作時

圖1　U盤讀數(shù)盒總體框圖

（National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China）

USB芯片從外部按鍵中斷獲得擦除指令，同樣通過波形描述符輸出控制信號來完成對測試裝置閃存的擦除操作。

2　CY7C68013的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

68013單芯片集成USB2.0收發(fā)器、智能串行接口引擎（SIE）和增強(qiáng)型8051微處理器。具有4個可編程的BULK/INTERRUPT/ISOC—HRONOUS端點(diǎn)，端點(diǎn)緩沖區(qū)的大小可選擇兩倍、三倍、四倍，可完成數(shù)據(jù)和指令的傳輸［1］。同時具有通用可編程接口（GPIF），該接口可與大多數(shù)的并行接口直接相連，由可編程的波形描述符和配置寄存器定義波形，支持多個READY輸入和CONTROL輸出。68013的內(nèi)部邏輯方框圖如圖2［1］所示。

圖2　68013邏輯方框圖

3　文件管理芯片CH376S簡介

CH376S是文件管理控制芯片，用于單片機(jī)系統(tǒng)讀寫U盤或者SD卡中的文件。CH376S支持USB設(shè)備方式和USB主機(jī)方式，并且內(nèi)置了USB通訊協(xié)議的基本固件，內(nèi)置了處理Mass-Storage海量存儲設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，內(nèi)置了SD卡的通訊接口固件，內(nèi)置了FAT16和FAT32以及FAT12文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲設(shè)備（包括U盤/USB硬盤/USB閃存盤/USB讀卡器）和SD卡（包括標(biāo)準(zhǔn)容量SD卡和高容量HC-SD卡以及協(xié)議兼容的MMC卡和TF卡）。CH376支持3種通訊接口：8 bit并口、SPI接口或者異步串口，單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器可以通過上述任何一種通訊接口控制CH376芯片，存取U盤或者SD卡中的文件或者與計算機(jī)通訊。

4　讀數(shù)盒的硬件設(shè)計

讀書盒的控制芯片使用的是滿足USB2.0要求的68013（128P）以及包含海量存儲設(shè)備通信協(xié)議的文件管理芯片CH376S，測試系統(tǒng)與讀數(shù)盒之間通過4個CTL信號、一個RDY信號和八位數(shù)據(jù)線相連。當(dāng)執(zhí)行U盤讀數(shù)操作時，使用68013中的4 kbyte的FIFO存儲從Flash讀出的數(shù)據(jù)，當(dāng)4 kbyte的FIFO存到半滿狀態(tài)表示對Flash一頁數(shù)據(jù)的讀取已經(jīng)完成，此時將這一頁數(shù)據(jù)由68013的8 bit并口經(jīng)CH376S存入U盤中，主要電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。測試裝置的八位數(shù)據(jù)線接在68013的PB端口上，JCLK、JRE、READ和ERE接在68013的CTL0～CTL3引腳，讀數(shù)結(jié)束標(biāo)志信號RDY0與68013的狀態(tài)輸入引腳RDY0相連。除此之外，68013通過I2C接口外接一個64 kbyte字的E2PROM 24LC64來存放固件程序。而對24LC64的地址線要求設(shè)置成A0=1；A1=A2=0；確保能夠進(jìn)行I2C接口引導(dǎo)加載訪問。

5　68013固件功能分析

一個USB的固件程序通過keil打開后一般我們可以看到幾個文件分別為：fw.c文件、intrins.h文件、fx2sdly.h文件、dscr.a51文件、fx2regs.h文件、fx2.h文件、gpif.c文件以及periph.c文件。fw.c文件是固件的根本，USB通信協(xié)議方面的代碼都在這里完成。fx2sdly.h文件為同步延時。dscr.a51文件是USB描述符文件，包括了設(shè)備描述符，接口描述符，端點(diǎn)描述符，字符串等等。fx2regs.h文件是68013的寄存器地址定義。fx2.h文件中是一些預(yù)定義，宏及函數(shù)聲明。以上的這些文件一般不需要用戶進(jìn)行太多改寫，使用Cypress提供的代碼即可。gpif.c文件一般由Cypress公司的GPIF工具編寫生成的包含GPIF波形描述符的文件。periph.c文件是用戶自己的代碼書寫文件，其中有3個常用的函數(shù)：void TD_Init（void）函數(shù)只會在USB啟動后調(diào)用一次，在這個函數(shù)里書寫用戶自己的初始化代碼；void TD_Poll（void）函數(shù)是用戶調(diào)度程序，USB會在空閑的時候反復(fù)調(diào)用該函數(shù)，所以用戶把自己需要反復(fù)執(zhí)行的代碼放在這里；BOOL DR_VendorCmnd （void）函數(shù)是自定義命令代碼的書寫處，用戶的Vendor命令都會寫在這里，fw.c固件會自動調(diào)用這些代碼。這些就是Cypress USB固件的架構(gòu)。

5.1gpif.c文件編寫

這里使用Cypress GPIF Designer來編寫生成gpif.c文件。圖3為使用GPIF Designer進(jìn)行波形描述符編寫的情況。

圖3　GPIF波形描述符

圖3中Status一行的兩個點(diǎn)是判決點(diǎn)所在的位置，在該處對RDY0信號進(jìn)行判斷，RDY0是讀數(shù)和擦除完成由測試系統(tǒng)返回的狀態(tài)信號。當(dāng)RDY0=1時表示擦除或讀數(shù)完成描述符跳轉(zhuǎn)到IDLE狀態(tài)；如果RDY0＝0，跳回擦除或讀數(shù)所在的狀態(tài)繼續(xù)之前的操作。LenBr對判決點(diǎn)來說表示邏輯函數(shù)要跳轉(zhuǎn)到的狀態(tài)，對非判決點(diǎn)來說表示在該狀態(tài)停留的IFCLK周期數(shù)。Opcode定義了一些特征狀態(tài)，Output定義了進(jìn)入該狀態(tài)后GPIF的6個控制信號的狀態(tài)。LFun用于判決點(diǎn)的波形描述符，它指定了一個邏輯函數(shù)和這個邏輯函數(shù)的輸入信號，其結(jié)果決定著跳轉(zhuǎn)的方式，跳轉(zhuǎn)方式在LenBr中已指定［2］。

5.2periph.c文件編寫

上文提到periph.c文件是用戶自己的代碼書寫文件。void TD_Init（void）函數(shù)是一些端點(diǎn)和寄存器的的初始化函數(shù)，這里不做過多介紹。void TD_Poll （void）函數(shù)是在IDLE狀態(tài)被重復(fù)調(diào)用的函數(shù)，所以功能性的代碼都在該函數(shù)中編寫的［3］。讀數(shù)盒的兩個功能，即讀數(shù)和擦除的程序就在該函數(shù)下完成。完成讀數(shù)和擦除的流程圖如圖4所示。

讀數(shù)開始前插入U盤，CH376S檢測到U盤則對其初始化并創(chuàng)建一個文件等待數(shù)據(jù)存入。當(dāng)讀數(shù)中斷到來時執(zhí)行讀數(shù)程序，每次讀完2 kbyte的數(shù)據(jù)即存入到U盤中，直到全部數(shù)據(jù)存儲完成等待設(shè)備移除。當(dāng)擦除中斷到來時執(zhí)行擦除程序。程序中GPIFWFSE?LECT是用來選擇執(zhí)行的GPIF波形文件，波形文件在上一節(jié)中已經(jīng)進(jìn)行了介紹，4個波形描述符只對FIFO讀和FIFO寫進(jìn)行了編寫是因?yàn)檫@里只用到2個。讀數(shù)采用的是高速模式，通過端點(diǎn)2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖4　程序流程圖

6　測試數(shù)據(jù)讀取及分析

沖擊波測試完成之后，通過讀數(shù)盒將數(shù)據(jù)讀到U盤中存儲成dat文件，圖5給出通過Matlab軟件顯示的50 kg當(dāng)量TNT靜爆在5 m處的數(shù)據(jù)。

從讀數(shù)擦除盒讀取的數(shù)據(jù)波形可以看到?jīng)_擊波的上升時間很短，幾乎是垂直于X軸的，同時衰減呈負(fù)指數(shù)形式，符合經(jīng)典沖擊波的波形，并且沒有發(fā)生數(shù)據(jù)錯位或丟點(diǎn)的情況，由此可以看出該讀數(shù)擦除盒能夠不失真地將沖擊波數(shù)據(jù)讀出。

圖5　某試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)

表1　50 kg TNT當(dāng)量實(shí)爆5 m處沖擊波超壓值統(tǒng)計表

從上述2個波形后面的沖擊波波形可以看出該讀數(shù)盒可以很好的將測試裝置采集到的信號保存到U盤中，并且可以通過軟件讀出，而且實(shí)際讀出數(shù)據(jù)與估算值的誤差為5.4%，這對于沖擊波超壓測試來說完全可以接受。

7　總結(jié)

本文針對沖擊波超壓測試環(huán)境下傳統(tǒng)讀數(shù)盒讀數(shù)操作繁瑣的情況，提出了U盤讀數(shù)和的設(shè)計方案。文章介紹了讀數(shù)盒硬件連接、68013中2部分程序的編寫以及對實(shí)測數(shù)據(jù)的分析。通過多次試驗(yàn)，驗(yàn)證了該讀數(shù)盒體積小、自帶電源、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足沖擊波測試環(huán)境中對測試系統(tǒng)進(jìn)行快速擦除的要求，簡化了沖擊波測試需要使用PC對測試系統(tǒng)進(jìn)行讀數(shù)和擦除的過程，提高了野外沖擊波超壓測試的效率。

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王玉全（1990-），男，漢族，遼寧營口人，中北大學(xué)電子測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，碩士研究生，研究方向?yàn)閯討B(tài)測試，992739952@qq.com；

杜紅棉（1977-），女，漢族，遼寧錦州人，副教授。研究方向?yàn)楸_擊波超壓測試技術(shù)及信號處理。

Design and Implementation of a General Zero-IF RF Front-End

ZUO Panpan，SAI Jingbo*
（College of Electronic Information and Control Engineering，Beijing university of Technology，Beijing 100124，China）

Abstract：In allusion to that traditional RF front-end for superheterodyne architecture is bulky，complex，difficult to implement and costly and requires high image rejection performance and other shortcomings，a general RF front-end with Zero-IF structure at a working frequency in 800 MHz~2 400 MHz was designed. This RF front-end bases on a high performance demodulator including a wide band low noise amplifier，programmable RF AGC circuit，electrical tuned pre-selection filter etc，and therefore achieves the design criteria with a sensitivity better than -100 dBm/5 MHz，and a dynamical range larger than 100 dB.

Key words：RF front-end；zero-IF；LNA；AGC；IQ demodulation

doi：EEACC：122010.3969/j.issn.1005-9490.2016.01.027

收稿日期：2015-03-23修改日期：2015-05-15

中圖分類號：TN402

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-9490（2016）01-0128-04