超导重力仪观测数据分析与信号检测

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超导重力仪观测数据分析与信号检测（精选5篇）

篇1：超导重力仪观测数据分析与信号检测

超导重力仪观测数据分析与信号检测

探测时间序列中隐藏的.周期信号是超导重力仪观测数据分析的目标之一,进行超导重力仪观测数据中隐含信号的检测,最常用的方法是快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT).首先对快速傅里叶变换的原理加以介绍,然后,结合加拿大站全年的超导重力观测数据实例,详细讨论了用快速傅里叶变换进行谱分析的步骤,最后对数据结果进行了分析.

作 者：邢 杨柳 李鹏 XING Zhe YANG Liu LI Peng 作者单位：邢,李鹏,XING Zhe,LI Peng(国家海洋信息中心,天津,300171)

杨柳,YANG Liu(中南大学,地学与环境工程学院地质所,湖南,长沙,410083)

刊 名：海洋测绘 ISTIC英文刊名：HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING年，卷(期)：28(2)分类号：P223+.6关键词：超导重力仪 快速傅里叶变换 谱分析

篇2：超导重力仪观测数据分析与信号检测

1 高层建筑施工中地基检测以及应用沉降观测技术的必要性

1.1 高层建筑施工中地基检测的必要性

一般来说, 现代化的高层建筑物在长期使用时候, 其安全性难以得到实质性的保障, 就其实质性而言, 及高层建筑物有着极其强大的重量, 进而使得地基的负载量越来越大, 从根本上使得地基逐渐处于脆弱的状态。一旦发生自然灾害, 比如说地震, 高层建筑物将很难保证其一定的安全性, 同时使得高层建筑物居住人们的财产安全得不到实质性的保障。而地基检测主要是对高层建筑物安全作主要的保障, 从根本上使得高层建筑物有着坚固的地基。总之高层建筑施工中地基检测有着一定的必要性。

1.2 高层建筑施工中应用沉降观测技术的必要性

在现代化高层建筑施工过程中, 常常受到水质以及水文等方面因素的影响, 从而使得高层建筑施工过程中某些基础部分有着不均匀的沉降, 从根本上使得高层建筑的变形在某种程度上严重地超过了相关的技术指标, 进而引发一系列的安全问题。而沉降观测技术往往有着严格的技术指标, 其严密性的观测, 不仅仅对建筑施工工程项目的施工质量有着一定的保证, 同时在某种程度上也是对建筑使用的安全进行最大程度上的保障。

2 高层建筑施工中地基测量的沉降技术分析

就高层建筑实际的施工过程而言, 地基沉降往往需要控制在一定的指标范围内, 并从根本上避免地基失稳现象的产生。就其实质性而言, 地基检测的不准确不仅仅使得建筑物的安全得不到实质性的保障, 同时在某种程度上也会将高层建筑物的使用寿命明显缩短。在高层建筑施工中地基测量而言, 首先就要对基准点位置进行精确的确定, 并科学的分析沉降数据。

2.1 基准点位置的确定

就单体建筑物而言, 其基准点主要有三个, 但是对于较大面积的建筑物而言, 基准点在实际的设置过程中, 往往采取区分设置的方法, 并从根本上将监测网加以设立, 充分的考虑基准点的实际位置, 一方面要保证基准点的点位长期稳定, 另一方便要为建筑物施工过程中的沉降观测提供实质性的便利。在确定基准点位置的过程中, 使得与建筑物的距离在30~40m, 并使用标准化的水准尺, 尽可能的将基准点选取距离电线杆以及墙根相近的位置, 并减少观测的误差。

2.2 沉降数据的科学性分析

科学的分析沉降数据也是高层建筑物安全保证的重要因素之一。观测成果不仅仅指本次的沉降量的记录, 同时也包括所累计的沉降量, 正确分析沉降量, 并对误差最大限度地加以避免。一般而言, 高层建筑在实际的施工过程中, 其地基的沉降往往难以出现线性等速下降, 一旦等速下降情况发生, 将会使得高层建筑物处于失稳状态, 其安全性也就难以得到实质性的保障。

3 高层建筑施工中地基沉降观测技术分析

3.1 高层建筑施工中地基沉降观测的基本要求

高层建筑施工中地基沉降观测往往需要本着科学严谨的态度, 严格的遵循相关的技术指标。其基本要求如下。

1) 施测要求以及精确度的沉降观测要求

在施测的过程中, 首先就要使得仪器与设备有着规范性的操作方法以及合理的观测程序, 并在首次观测之前, 及时检测校正所用仪器的指标, 并鉴定其计量单位。仪器在使用一段时间之后, 就要再次的检测校正所用的仪器和设备, 规范操作人员的操作行为, 协调操作人员的额整体工作步调, 并加强操作人员的整体配合。对于沉降观测的要求往往就要保证沉降观测有着一定的精确度, 沉降观测精度的等级选择往往依据于建筑物实际的测量, 并通过对二等水准测量观测法加以采用, 从根本上实现沉降观测的精确要求。

2) 观测时间以及观测点的要求

为了更好地保障高层建筑物有一定的安全质量, 就要保证沉降观测有着极高的精度测量, 并将误差降低到最小值, 其仪器的选择往往更加倾向于精密水准仪的使用, 并受环境以及温差变化的影响较小。观测人员在实际的观测过程中, 要依据于工程的具体特征和条件, 选择合适的观测方法和观测程序, 及时的纠正观测过程中存在的种种问题, 并将每次观测工作的目标做到及时、高校以及精确。其观测时间的周期设置往往有两个时间间隔, 在第一次进行观测的时候, 就要复测其它阶段, 并定时开展工程的施工, 对沉降情况精确测量, 并及时的掌握沉降规律。其观测点的要求就要使得建筑物纵横向的沉降观测点相对对称, 并保持其相邻的间距点在15~30m, 并在建筑物的四周均匀分布, 设计具体的沉降观测点布置图, 依据于施工阶段的实际情况进行合理的沉降观测点埋设, 提高观测的意义。

3) 沉降观测的遵循原则

高层建筑物在实际的沉降观测中往往也要遵循一定的原则, 首先就要依据于一定的基准点、建筑物的沉降观测点以及工作基点, 稳定电位。其次就要保证使用的仪器以及其设备处于有着一定的科学性和精确性, 保持其稳定性。再次就要保证观测过程中有着相对一致的观测环境条件。再其次就要对观测人员进行稳定。最后就要固定观测路线、镜位以及程序方法。只有遵循一定的原则, 才能从根本上将观测不定性的误差最大限度上降低, 才能对统一化的观测结果进行保证。

3.2 高层建筑施工中沉降观测的质量控制

高层建筑施工中沉降观测的质量控制往往包括对沉降观测点的布设、对基准点的布设以及对高层建筑物定期沉降的观测。

1) 沉降观测点的布设

在对沉降观测点进行布设的过程中, 一方面就要依据建筑物地基实际的沉降特点, 另一方面则要对地质情况和建筑物结构的具体特点进行实质性的沉降观测点的布设。

2) 基准点的布设

基准点的布设相对来说有着一定的严谨性, 直接决定着沉降观测的精确性。基准点在其布设的过程中, 就要将沉降观测的整体效果直面烘托, 并合理的分析整体沉降观测。首先, 在对基准点进行选择的时候, 对一些松软地层和相对滑坡区尽可能的将地下各种管道设施加以避免, 基准点选择最主要的目的是为沉降的观测提供实质性的便利。其次, 基准点埋设应提前进行, 最好是提前一个月。再其次, 就是要对基准点以及基准点周围的保护标志进行保护, 防止基准点被其他因素破坏。最后, 在基准点布设的过程中, 就要将一些障碍物最大程度地加以避免, 以便于观测点的长久保存和固定, 进而提高观测的精确度。

3) 高层建筑物的定期沉降观测

高层建筑物的定期沉降观测是在沉降观测点以及基准点布设之后进行的, 要依据科学合理的观测方案和按观测周期进行。为了保证初期数据的准确性, 往往对每一点的初期观测进行多次测量, 并对观测数据进行记录和分析处理。

3.3 高层建筑施工中地基检测与沉降观测技术应用时应注意的相关问题

高层建筑施工中地基检测以及沉降观测技术应用时要从施工工程的实际角度出发, 对仪器设备进行统一化的管理, 并及时对其进行检测和校正, 定期进行维修。采取一定的施工技术方案, 最大限度地提高沉降观测精度。

高层建筑施工过程中, 更应该对沉降过程的相关技术指标加以明确, 在实际的施工过程中, 应严格的执行相关的技术指标, 规范沉降观测的操作, 对沉降观测点的距离进行合理的控制, 并使得沉降观测点相邻的间距点在15~30m之间。基准点的设置要对一些障碍物最大程度地加以避免, 在其地基的检测过程中, 本着建筑物最大变形的角度出发, 增强地基的坚实度, 并对观测的路线以及操作人员加以固定。高层建筑物在实际的施工过程中, 要保证水准点之间的距离约为62.6m, 分析沉降结果时, 要遵循科学的原则, 从根本上减少误差。

4 结语

现如今, 时代经济的迅猛发展以及科学技术的日新月异, 不仅仅全面推动了我国建筑行业的蓬勃发展, 同时对于我国国民经济的持续发展有产生着极其有利的影响。为了更好地保障高层建筑物有着实质性的安全, 延长建筑物的使用期限, 地基检测和沉降观测技术的应用, 在某种程度上更全面、更系统以及更长期的对高层建筑进行沉降观测, 并及时的对高层建筑物沉降规律加以掌握, 从根本上保障了建筑物的安全, 这不仅仅有着一定的社会效益, 同时也有着一定的经济效益。

参考文献

[1]陈柏林.高层建筑施工中沉降观测技术应用[J].建设科技, 2011 (1) :89-90.

[2]李永刚.高层建筑施工中沉降观测技术浅析[J].科技致富向导, 2012, (23) :199.

篇3：超导重力仪观测数据分析与信号检测

对同一测区使用G856和GSM-19T两种型号的质子磁力仪进行磁测数据采集, 两种磁力仪观测数据输出文件格式不一样, 并且两种磁力仪数据日变改正[1]软件不一样。G856质子磁力仪数据输出文件格式为stn[2], 日变改正软件为Mag Map2000[2];GSM-19T质子磁力仪数据输出文件格式为txt[3], 日变改正软件为GEMLink W[3]。因此, 这两种型号的磁测观测数据用配套软件相互日变改正特别困难和繁琐。此外, 根据《地面高精度磁测技术规程》 (DZ/T0071-93) , 为了提高日变改正精度[4], 先要对日变观测原始数据作五点或七点滑动平均, 压制噪声后, 再对测点观测数据进行日变改正, 但G856和GSM-19T质子磁力仪配套日变改正软件日变改正过程中没有五点或七点滑动平均。针对这些问题, 查阅了相关的文献和软件, 管志宁[1]提出日变改正值从日变曲线上查得, 在日变曲线上量得某时刻相对早基点时间的日变值并取反号, 即为该时刻的日变改正值, 这种日变改正方法速度慢、精度不高。于宝显[5]等提出不同型号质子磁力仪之间数据共享, 经转换后的数据可以利用其中一种型号质子磁力仪所配套软件做日变改正, 这种方法有些繁琐, 并且没有做五点或七点滑动平均。中国地质大学 (武汉) 刘天佑教授开发的磁法勘探软件系统MAGS 2.0没有实现这两种型号质子磁力仪观测数据之间的日变改正处理。对此, 通过Microsoft Office Excel平台VBA[6,7]编程解决。

1 观测数据格式统一

为了统一G856和GSM-19T质子磁力仪观测数据格式, 用Mag Map2000导入G856质子磁力仪stn格式文件数据, 然后输出dat格式文件数据, 最后把dat文件格式数据复制到Microsoft Office Excel文件中;GSM-19T质子磁力仪txt文件格式数据可以直接导入Microsoft Office Excel文件中。

2 日变观测数据五点或七点滑动平均

根据《地面高精度磁测技术规程》 (DZ/T0071-93) , 地磁场短周期变化的振幅与质子磁力仪噪声均方根值是近于同一数量级, 噪声是随机的, 地磁场脉动变化是有规律的, 先要对日变观测原始数据先作五点或七点滑动平均, 压制噪声水平后, 再对测点观测数据进行日变改正, 即可提高日变改正的精度。下面介绍日变观测数据五点和七点滑动平均原理[7]。设在一个范围内某点经平滑后的日变数值可表示:

(1) 式中:a0和a1为待定系数。设日变观测的数值为T (xi) , 它的平滑值为, 则可得出:

(2) 式中δ为偏差的平方和。利用微分求极值的方法将 (2) 式对a0和a1求导数, 然后令其为零得:

若xi以剖面上的点距为单位, 步长为1, 则式 (3) 中的xi=0, ±1, ±2…±m。代入式 (3) 中, 可解得a0和a1分别为

由 (1) 式可知x=0时,

由此可见, (5) 式就是平滑公式, 当m=±1, 三点平滑公式为

同理可得五点平滑公式为

七点平滑公式为

根据五点和七点滑动平均公式 (7) 和 (8) 编写Microsoft Office Excel VBA程序, 代码如下, 利用此程序代码把日变原始观测数据 (见图1) 五点和七点滑动平均, 见图2和图3。

3 日变观测数据线性插值

根据《地面高精度磁测技术规程》 (DZ/T0071-93) 质子磁力仪日变观测时间间隔为5秒至20秒, 为了求出测点观测与日变观测同一时刻的日变数据, 先要求出日变观测数据每一秒的数值, 因此对日变数据进行分段线性插值[9,10], 公式为 (9) 式, 公式中T (n) 为前一时刻的日变观测数据, T (n+m) 为后一时刻的日变观测数据, m为日变观测时间间隔, j为日变观测第j秒, T (j) 为分段线性插值后第j秒数值, Microsoft Office Excel VBA程序代码如下:

4 提取测点与日变观测同一时刻的日变数据

求出日变观测每一秒数值后, 要提取测点观测与日变观测同一时刻的日变数据, Microsoft Office Excel VBA程序如下:

5 日变改正

提取测点与日变观测同一时刻的日变数据后, 用测点观测的数据减去同一时刻的日变数值就是日变改正后的值。

6 验证

为了验证VBA程序的正确性, 在野外磁测过程中做了实验验证。用一台GSM-19T质子磁力仪做日变观测, 两台GSM-19T质子磁力仪做测点观测, 点距约为2米, 点数为64个。测点观测数据用GEMLink W软件和VBA程序进行日变改正, 用VBA程序日变改正时没有做五点和七点滑动平均。日变改正后的数据见表1。从表1可以看出:GEMLink W软件和VBA程序日变改正后的值相等 (用GEMLink W软件日变改正后的值软件默认进行四舍五入保留了两位小数, 用VBA程序日变改正后的值进行四舍五入保留了三位小数) , 证明了VBA程序的正确性。

此外, 对VBA程序还进行生产应用验证, 在云南省凤庆县某铁矿区开展高精度磁测工作中, 同时使用G856和GSM-19T质子磁力仪进行磁测数据采集, 用VBA程序对测区的20971个磁测数据进行5%抽查人工日变改正验证, 结果也表明VBA程序的正确性。

7 结论

在高精度磁测野外生产过程中经常会遇到用不同型号的磁力仪进行数据采集, 数据采集完后必须进行日变改正, 然而不同种磁力仪之间往往不能用配套的软件进行日变改正。本文在Microsoft Office Excel平台编写五点或七点滑动平均程序和日变改正VBA程序, 并且实验和生产应用验证了此程序的正确性, 适合野外现场计算, 方便、快捷。

参考文献

[1]管志宁.地磁场与磁力勘探[M].北京:地质出版社, 2005:75.

[2]美国劳雷工业有限公司.G856质子磁力仪用户手册[S].美国劳雷工业有限公司, 1990:20-22.

[3]加拿大GEM公司.GSM-19T操作手册[S].加拿大GEM公司, 2011:46-49.

[4]李才明, 李军, 余舟等.提高磁测日变改正精度的方法[J].物探化探计算技术, 2004, 26 (3) .

[5]于宝显, 杜利明, 王怀坤等.不同型号质子磁力仪之间数据共享[J].内蒙古煤炭经济, 2013, 5.

[6]刘炳文.Visual Basic程序设计教程[M].北京:清华大学出版社, 2003:216-223.

[7]John Walkenbach.Excel 2007 VBA Programming For Dummies[M].USA:Wiley Publishing, Inc, 2007:36-52.

[8]曾华霖.重力场与重力勘探[M].北京:地质出版社, 2005:196-197.

[9]李庆扬, 王能超, 易大义.数值分析[M].北京:清华大学出版社, 2008:23-24.

篇4：超导重力仪观测数据分析与信号检测

电流互感器是电力系统中的电能计量和保护控制的重要设备,其测量精度和可靠稳定运行关系到电力系统的安全和经济运行。目前,随着电力系统电压等级的不断升高和电力传输容量的不断增加,传统CT暴露出越来越多的问题,而光学电流互感器(OCT)以其无饱和、测量范围宽、反应速度快、抗电磁干扰能力强等诸多优点,在电力系统中有广阔的应用前景。但是与传统CT相比,因OCT本身具有的开环系统特性[1],在温度、压力等外界因素的影响下,尤其是温度的影响,使得OCT的稳态测量精度很差,这是影响OCT实用化进程的两大难题之一。本文的思想是传感头采用稳定性比较高的螺线管聚磁光路结构[1],通过缩短传感部分的磁光材料来降低外界温度干扰的影响,提高OCT的长期运行稳定性,但在这种情况下OCT在测量小电流时,测得的光电信号主要被OCT内部固有噪声影响,严重时将会被淹没,其读数不能正确反映被测电流的信息,因此如何有效地去除噪声的影响同时得到高精度的数据是我们面临的问题。由于OCT内部的噪声基本与被测电流信号所在的频段相重叠,采用传统的滤波和放大不能滤除,此时需要微弱信号检测的方法将信号从噪声中提取出来[4]。本文将数字式锁定放大器用于光学电流互感器中的微弱信号检测,通过Labview对其进行了仿真,并分析了仿真结果。

1 具有数字式锁定放大器的OCT的基本组成

数字式锁定放大器对微弱信号的检测是基于相关检测原理,应用信号周期性和噪声随机性的特点,通过自相关和互相关运算来滤除噪声[6]。本文采用的是互相关器和互相关函数进行的互相关检测。锁定放大器在OCT中的位置以及其基本组成如图1所示:

由图1可知通过锁定放大器的输出可以得到被测电流的相位和幅值信息。虽然磁光材料的缩短会使得OCT输入信噪比降低,但OCT所受外界温度干扰的影响也大为降低,使得其长期运行稳定性大为提高,从而提高了OCT的输出信噪比和稳态测量精度。

2 基于相关检测的数字式锁定放大器原理

数字锁定放大器是以互相关检测为基础所设计的一种数字化相关检测器,是对被检测信号和同频参考信号进行数字互相关运算实现信号检测的仪器。基本原理图如图2所示。

设周期信号S(t)伴随有随机噪声N(t),即待检测信号为X(t)=S(t)+N(t)。简单情况下,设待测信号S(t)和同频参考正弦信号Ss(t)、同频参考余弦信号Sc(t)分别为:

其中:A、ϕ、fr分别为待测信号的幅度、初相位以及频率。

首先通过采样频率fs对待测信号进行离散化处理,则待测信号的每个周期采样次数为N=fs/fr,采样时间间隔为ts=1/(N·fr),取待测信号的q个周期进行M=[q×N]次采样,得到序列信号:

其中:k=0,1,…,M-1。

同理生成参考序列:

对含有噪声的信号和正弦参考信号作无偏互相关运算得Rxss(τ),取τ=0,1,…,M-1:

其中:Rsss(τ)、Rnss(τ)分别为被测信号、噪声与参考正弦的相关函数。由于噪声的随机、不相关性,噪声与本地参考信号不相关,故相关函数Rnss(τ)=0,去除了随机噪声的影响。所以信号与参考正弦相关结果与噪声无关:

同理对信号与参考余弦相关,可以得到:

将信号序列S(k)和参考序列SS(k)、Sc(k)分别代入式(6)和式(7),可得:

当τ=0时,对Rxss(τ)、Rxsc(τ)作如下运算,得到信号幅度A,相位ϕ:

即实现了待检测信号的幅度A和初始相位ϕ的检测。当信号中含有强噪声时,要想获得理想的检测结果,就要以牺牲时间为代价,也即延长系统积分时间以抑制噪声。

3 基于Labview平台的数字式锁定放大器的仿真与分析

基于以上原理,通过Labview仿真,仿真图如图3所示。

当输入信号和参考信号频率为50 Hz,幅值均为1,初始相位为60°,信号采样频率为100 k,采样数为10E5,加入噪声后输入信号信噪比SNR=-3 db,输出的相位相对误差百分比和幅值相对误差百分比图形如图4所示,当输入信噪比SNR为-20 db的时候,输出的相位相对误差百分比和幅值相对误差百分比图形如图5所示。

由图4可见,当输入信号信噪比SNR=-3 db时,可以准确测得输入信号的相位和幅值,其相对误差在0.4%以内,从图5中可知,即使当输入信号信噪比SNR=-20 db时,仍然可使测得的相位和幅值相对误差在3%以内,即实现了强噪声中的微弱信号检测。

4 结束语

本文将数字式锁定放大器应用到光学电流互感器的微弱光电信号检测中,通过Labview仿真了数字式锁定放大器在OCT中对微弱信号的检测,由结果可知在小电流情况下,数字式锁定放大器不仅能很好地抑制OCT光电探测器中的主要噪声,同时能反映最初的正确电流信息,明显提高了光学电流互感器的稳态测量精度。

参考文献

[1]李岩松,张国庆,于文斌,等.提高光学电流互感器准确度的组合方法[J].电力系统自动化,2003,27(19):43-47.LI Yan-song,ZHANG Guo-qing,YU Wen-bin,et al.Combined Method to Improve the Accuracy of Optical Current Transducer[J].Automation of Electric Power Systems,2003,27(19):43-47.

[2]李岩松,张国庆,于文斌,等.自适应光学电流互感器[J].中国电机工程学报,2003,23(11):100-105.LI Yan-song,ZHANG Guo-qing,YU Wen-bin,et al.Adaptive Optical Current Transducer[J].Proceedings of the CSEE,2003,23(11):100-105.

[3]王廷云,罗承沐,田玉鑫.电力系统中光电电流互感器研究[J].电力系统自动化,2000,24(1):38-41.WANG Ting-yun,LUO Cheng-mu,TIAN Yu-xin.Study on Optical Current Transformer in Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2000,24(1):38-41.

[4]李岩松,张国庆,于文斌,等.基于自适应滤波的光学电流互感器的信噪分离[J].电网技术,2003,27(11):64-67.LI Yan-song,ZHANG Guo-qing,YU Wen-bin,et al.Signal Noise Decomposed in Optical Current Transducer Based on Adaptive Filter[J].Power System Technology,2003,27(11):64-67.

[5]叶嘉雄,常大定,陈汝均.光电系统与信号处理[M].北京:科学出版社,1997.

[6]高晋占.微弱信号检测[M].北京:清华大学出版社,2004.

[7]陈佳圭.微弱信号检测[M].北京:中央广播电视大学出版社,1987.

篇5：超导重力仪观测数据分析与信号检测

本文采用VHDL语言来实现序列信号的产生和检测, 通过硬件设计和软件化设计两方面进行比较, 从而体现数字电路从硬件设计向软件化方向发展的新思路。

一、EDA技术的基本特征

EDA (Electronic Design Automation) 即电子设计自动化技术, 是指以计算机为工作平台, 融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包, 主要能辅助进行三方面的设计工作, 即IC设计、电子电路设计和PCB设计[2]。

EDA技术的基本特征是采用高级语言描述, 具有系统级仿真和综合能力, 开放式的设计环境, 开发技术的标准化和规范化, 丰富的元件模型库。它采用“自顶向下”的设计方法, 使开发者从一开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面, 包括质量、成本、开发时间及用户的需求等等。然后从系统级设计入手, 在顶层进行功能方框图的划分和结构设计, 在方框图一级进行仿真、纠错, 并用VHDL、Verilog-HDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述, 在功能一级进行验证, 最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表, 其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。

二、EDA技术的设计流程

在设计方法上, EDA字电子电路设计领域带来了根本性的变革, 将传统的“电路设计硬件搭试调试焊接”模式转变为在计算机上自动完成, 如图1所示。

三、硬件电路设计

图2是由SSI器件组成的串行序列检测电路[3], 要求当输入序列中连续出现4个1时, 输出为1, 否则为0。可以通过MAX+plus II软件对该电路进行仿真, 仿真结果如图3所示。

可以看出在CP有效上升沿连续检测到输入序列中的4个为1时输出为1, 可见该电路符合设计要求。

四、用VHDL语言实现序列信号的产生

试设计一个并行输入串行输出的序列信号产生电路, 要求产生10111001 (时间顺序从左自右) 。例如在实际的远距离通信传输中, 需要将A/D转换后的并行信号先加载, 然后再以串行信号的形式传送到远方, 因此就需要一个并行输入串行输出 (PISO) 的数字电路。以下是实现该电路的VHDL源程序:

编辑完成后, 选择MAX7000S系列的EPM7128SLC84-6作为目标芯片, 然后进行编译校验、时序模拟, 输出信号的仿真波形如图4所示。从波形可以看出, 并行信号装载后以串行形式输出, 输出序列为10111001 (时间顺序从左自右) , 最后通过编程下载, 将PISO模块写入芯片中[4]。

通过对序列信号检测电路的硬件设计, 可以看出如果电路设计没有达到预期的结果, 需要重新修改设计, 反复调试。制作电路, 大大增加了设计成本和设计时间。如果采用高密度的可编程逻辑器件 (CPLD) , 设计者在实验室足不出户就可以完成设计, 而且可以反复修改、编程, 直到完全满足要求, 这将有效地减小系统的体积, 增加系统的可靠性, 而且缩短开发周期, 降低研制成本, 具有极大的方便性和灵活性。利用硬件描述语言 (VHDL) 来设计电路, 使探测各种设计方案变成一件很容易、很便利的事情, 因为只需要对描述语言进行修改, 这比更改电路原理图的原型要容易实现得多。

参考文献

[1]丁文霞.EDA技术在现代数字系统中的应用[J].电子技术应用, 2000 (11) :29-31.

[2]符兴昌.EDA技术在数字系统设计分析中的应用[J].微计算机信息, 2006 (5-2) :267-269.

[3]徐志军, 王金明.EDA技术与PLD设计[M].北京:人民邮电出版社, 2006.