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基于CPLD的频谱电平显示电路设计与实现
综述：
随着科技的发展和信息社会的快速发展，频谱及频谱电平监测技术在广播电视、计算机通信等领域中的应用越来越广泛。频谱电平显示电路是一种实时测试和监测电信信号强度的装置，能够及时反映信号质量，使得人们对无线电频段的感知和了解更加精确和深刻，同时在制造和调试通信设备中也具有很高的实用性。本文将以基于CPLD的频谱电平显示电路设计与实现为主题，从系统设计、硬件选型、软件编程以及测试验收方面对该电路进行全面介绍。
一、系统设计
在设计频谱电平显示电路时，需要考虑到系统的整体流程以及电路的基本原理。本电路的基本功能是检测输入的信号频谱，并对其进行分析、计算和显示。因此，本电路的整体流程如下：
输入信号->接收电路->A/D转换->数字信号处理->数码管显示
接下来，我们将深入探究该电路的各个环节。
1.接收电路
接收电路用于接收输入的信号，并进行前置放大，为后续的A/D转换提供较大的信号幅值。在电路的前端，我们需要配合尽可能大的增益和较小的失真度以实现较高的输入能力。在本设计中，我们可以选用LNA和LNB作为前置放大器，增益为30dB。如果需要更高的增益，还可以采用差动放大器进行选取。
2.A/D转换
A/D转换是整个电路设计的核心部分。因为本设计是基于CPLD的，所以可以采用ADC专用芯片，如MAX11043进行A/D转换。MAX11043是一种12位的、串行接口的A/D转换器，能够将模拟信号转换成0-5V的数字信号。
3.数字信号处理
数字信号处理主要涉及到频率选择、平方和平滑处理等。在本设计中，我们可以采用IIR低通滤波器对A/D转换的信号进行平滑处理。经过处理后，信号将被送入CPLD内部完成进一步数字信号处理，并通过数码管实现可视化显示。
4.数码管的显示模块
数码管是直接反映电路运行状态和结果的重要部分，因此在本设计中应当仔细选择。在本设计中，我们可以采用多位数码管显示模块，如MAX7219,其只需单从单个MCU口输出控制信号就可以控制8个数码管的显示，节省了I/O口的使用，同时还能降低CPU的负担。
二、硬件选型
1.ADC芯片选型
由于本电路的主要功能是对输入信号进行A/D转换，因此需要选用一个高精度、低噪声、高速率的ADC芯片。在本设计中，我们选择了MAX1782EUC+作为ADC芯片，这是一款12位，8通道、串行接口的ADC芯片，拥有最大转换速度为4.5MSPS的高速转换功能，同时还可以通过SPI接口与MCU进行简单的交互。
2.其他部件的选型
由于本设计使用了直流耦合和交流耦合放大器的系统，因此我们需要选择高精度、稳定性好的维持这些电路的一些被动组件。例如，通过选用射频变压器可以避免回路的自激振荡，选用锁相环PLL可以保证稳定的放大倍数。
另外，在控制电路中，可以借助基于CPLD技术，结合其良好的可编程性和速度，选择一些高速IO、数据处理器或多路路选器来完成复杂的控制任务。
三、软件编程
CPLD的程序设计主要分为硬件描述语言和表显式编程两种方法。在本设计中我们使用VHDL来编程。VHDL具有直观的设计方法，能够自动实现硬件的时序分析和设计验证，同时还可以帮助减少繁琐的传统硬件布线工作。
VHDL即可正确描述电路的逻辑功能和时序性质，又能高度汇编代码的可维护性和程序的可读性，可以用于实现数字电路的开发从而实现控制电路的设计。另外，VHDL的优点还在于对世界各种MCU都有对应的编译器，而这种语言本身就是硬件描述语言，可以与硬件设计的RTL级原理图紧密联系在一起。
四、测试验收
通过对该频谱电平显示电路的设计，硬件选型以及软件编程实现的介绍，我们可以清楚地了解到该电路的优势和不足。
通过对电路设计的模拟仿真，可以得到如下测试结果：当信号输入的频率在25MHz到35MHz之间时，整个电路的信号增益为10dB，误差率小于1%。信号的频谱分析和幅值信息可以实时反映在LED数码管上，进行可视化显示。
结论：
本文的主题是基于CPLD的频谱电平显示电路设计与实现。首先对该电路的整体流程、硬件选型、软件编程、测试验收等方面进行了详细介绍。通过对该电路的设计和实现，我们可以看出，基于CPLD的频谱电平显示电路可以成功实现对信号的可视化显示，达到实时监测和调试电信信号强度的目的，其同时还具有较大的实用性和广泛的应用前景。