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Nios II實現(xiàn)二頻機(jī)抖陀螺工作電路設(shè)計

作者: 時間:2011-09-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

激光原理是Sagnac效應(yīng),與傳統(tǒng)的機(jī)械相比,激光具有精度高、耐環(huán)境性能好、動態(tài)性能好、啟動時間短、壽命長及數(shù)字式輸出等特點,是捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的理想元件。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/150250.htm

  二頻機(jī)抖陀螺電路包括高壓電源、抖動驅(qū)動與噪聲注入、穩(wěn)頻和信號解調(diào)等部分。系統(tǒng)設(shè)計以軟核處理器為核心.實時控制穩(wěn)頻、抖動驅(qū)動與噪聲注入和高壓電源等單元,并陀螺讀取信號的鑒相解調(diào)與數(shù)字濾波。

   是Altera開發(fā)的嵌入式軟核處理器,采用RISC精簡指令集,具有外設(shè)可定制、可裁剪性等優(yōu)點,可方便嵌入Cvclone及Stratix系列 FPGA。陀螺信號處理系統(tǒng)中需要多種定制化的外設(shè),而一般處理器無法滿足這種要求,因此Ⅱ軟核處理器是處理激光陀螺陀螺信號的理想選擇。

  

Nios II實現(xiàn)二頻機(jī)抖陀螺工作電路框圖

  2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

  圖1為系統(tǒng)的功能原理框圖。圖中A、B為光電轉(zhuǎn)換器接收的拍頻信號過零比較后產(chǎn)生的方波信號,這兩路方波信號經(jīng)跳變檢測和鑒相后產(chǎn)生跳變脈沖和方向信號??赡嬗嫈?shù)器根據(jù)方向信號對脈沖進(jìn)行可逆計數(shù),而和頻計數(shù)器仍對脈沖進(jìn)行正向計數(shù)。低通濾波器對可逆計數(shù)器的計數(shù)值進(jìn)行濾波,并將濾波值輸入到處理器。UART1和上位機(jī)通訊,而UART2和UART3分別與穩(wěn)頻和抖動電路通訊,以控制穩(wěn)頻和抖動參數(shù)。2個SPI接口分別控制A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的部分。

  考慮到系統(tǒng)資源要求,F(xiàn)PGA采用Altera公司生產(chǎn)的EP2C200240C8,它屬于Cyclone 系列,其內(nèi)部資源主要有:多達(dá)兩萬個邏輯處理單元(LE);52個M4K模塊,總共26 KB的片內(nèi)RAM;26個18×18硬件乘法器;4個全局時鐘鎖相環(huán);多達(dá)142個外部引腳。系統(tǒng)選用快速型 處理器,處理器占用3 000多個邏輯處理單元,時鐘為100 MHz。由于系統(tǒng)處理器程序運(yùn)行在SDRAM中,所以在構(gòu)建系統(tǒng)時要添加SDRAM控制器,SDRAM使用HY57V283220,其存儲空間為16 M字節(jié),完全能夠滿足處理器實際需求。處理器程序固件和FPGA的配置信息存儲在EPCS串行配置器件中,這樣可減少一片外置Flash。因為程序從 EPCS啟動,所以在SoPC設(shè)計時添加外設(shè)EPCS控制器以引導(dǎo)程序的初始運(yùn)行。

  3 信號濾波

  激光陀螺的讀取信號是由兩個光電管經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的,工藝上要保證兩個光電管的拍頻相位相差90°,這樣便于在信號處理時進(jìn)行相位檢測。為了盡量減小鎖區(qū)帶來的誤差,一般在陀螺中加入一個正負(fù)交變的正弦偏頻信號:

  

  為了有效提取信號,通常是對可逆計數(shù)器的計數(shù)值(即式(3)的積分值)進(jìn)行濾波。


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