基于FPGA的慣導(dǎo)系統(tǒng)溫控電路接口設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了一種基于FPGA的光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)溫控電路接口設(shè)計(jì)。主要說(shuō)明了溫控電路整體結(jié)構(gòu),溫控電路工作流程,FPGA與外圍電路的通信接口和FPGA的邏輯設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。

1 引言

采用光纖陀螺的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膶?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于其核心部件的光纖陀螺，尤其是中高精度光纖陀螺，環(huán)境溫度帶來(lái)的漂移是不容忽視的，因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制很有必要。溫度控制電路是整個(gè)溫控系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，其中涉及到溫度采集，與微處理器通信，串口輸出，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片等多個(gè)組成部分。本文提出一種高效實(shí)用的FPGA 接口設(shè)計(jì)，它能夠完成協(xié)調(diào)各個(gè)組成部分有序工作，準(zhǔn)確、快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，嚴(yán)格控制信號(hào)時(shí)序等工作。

2 溫控電路整體結(jié)構(gòu)

溫控電路的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。其中包括七路溫度傳感器，DSP， 232 接口芯片，DAC ，后端控制電路，上位機(jī)和FPGA 等多個(gè)組成部分。FPGA 接口是整個(gè)電路的核心。

圖1 溫控電路的整體結(jié)構(gòu)框圖

其中，溫度傳感器采用DALLAS 公司的DS18B20，它采用1-wire 總線協(xié)議，僅需1 根數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信。DSP 采用TI 公司的TMSVC33,它可以實(shí)現(xiàn)高速浮點(diǎn)運(yùn)算。232 接口芯片采用MAXIM 公司的MAX3232，支持高達(dá)120kbps 的傳輸速率。DAC 采用TI 公司的TLV5620I，它是通過(guò)4 條串行信號(hào)控制的8 位4 路數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。FPGA 選用ALTERA 公司的ACEX 系列的EP1K100，它時(shí)鐘頻率高，具有豐富內(nèi)部資源，提供大量可編程IO 管腳，配置十分方便。基于FPGA 的溫控電路接口在整個(gè)電路中具有非常重要的作用。FPGA 本身的高速并行結(jié)構(gòu)為整個(gè)電路的性能提供了可靠保證。

3 溫控電路工作流程

溫控電路的工作流程如圖2 所示。FPGA 與七路溫度傳感器通信，讀取溫度值，并存儲(chǔ)于內(nèi)部存儲(chǔ)器中，每秒更新一次。FPGA 發(fā)送中斷信號(hào)通知DSP 讀取FPGA 中存儲(chǔ)的溫度值，DSP 根據(jù)當(dāng)前溫度值和控制算法計(jì)算出控制量。而后將溫度值和控制量打包成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA。FPGA 將DSP 發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，生成輸出信號(hào)。

FPGA 一方面將數(shù)據(jù)串行發(fā)送給232 接口芯片，然后通過(guò)232 串口發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)可通過(guò)監(jiān)視軟件實(shí)時(shí)觀測(cè)溫度值和控制量的變化情況，方便系統(tǒng)調(diào)試與*估；另一方面從數(shù)據(jù)中提取出控制量，將其串行輸出到DAC，數(shù)字控制信號(hào)經(jīng)過(guò)DA 轉(zhuǎn)換后輸出模擬控制電壓到后端控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)七路溫度的閉環(huán)控制。

圖2 溫控電路的工作流程