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基于软核处理器的二频机抖陀螺信号处理系统
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-08 18:19:40



1 引言
    激光陀螺的工作原理是Sagnac效应,与传统的机械陀螺相比,激光陀螺具有精度高、耐环境性能好、动态性能好、启动时间短、寿命长及数字式输出等特点,是捷联式惯性导航系统的理想元件。目前激光陀螺已逐渐取代传统的机械陀螺,广泛应用于军用飞机、水面舰艇、战术导弹、民用航空、陆用车辆和定位定向系统等领域。
    二频机抖陀螺工作电路包括高压电源、抖动驱动与噪声注入、稳频和信号解调等部分。系统设计以软核处理器为核心.实时控制稳频、抖动驱动与噪声注入和高压电源等单元,并实现陀螺读取信号的鉴相解调与数字滤波。
    Nios II是Altera开发的嵌入式软核处理器,采用RISC精简指令集,具有外设可定制、可裁剪性等优点,可方便嵌入Cvclone及Stratix系列 FPGA。陀螺信号处理系统中需要多种定制化的外设,而一般处理器无法满足这种要求,因此NiosⅡ软核处理器是处理激光陀螺陀螺信号的理想选择。

2 系统结构设计
    图1为系统的功能原理框图。图中A、B为光电转换器接收的拍频信号过零比较后产生的方波信号,这两路方波信号经跳变检测和鉴相后产生跳变脉冲和方向信号。可逆计数器根据方向信号对脉冲进行可逆计数,而和频计数器仍对脉冲进行正向计数。低通滤波器对可逆计数器的计数值进行滤波,并将滤波值输入到处理器。UART1和上位机通讯,而UART2和UART3分别与稳频和抖动电路通讯,以控制稳频和抖动参数。2个SPI接口分别控制A/D转换和D/A转换的部分。

    考虑到系统资源要求,FPGA采用Altera公司生产的EP2C200240C8,它属于Cyclone II系列,其内部资源主要有:多达两万个逻辑处理单元(LE);52个M4K模块,总共26 KB的片内RAM;26个18×18硬件乘法器;4个全局时钟锁相环;多达142个外部引脚。系统选用快速型Nios II处理器,处理器占用3 000多个逻辑处理单元,工作时钟为100 MHz。由于系统处理器程序运行在SDRAM中,所以在构建系统时要添加SDRAM控制器,SDRAM使用HY57V283220,其存储空间为16 M字节,完全能够满足处理器实际需求。处理器程序固件和FPGA的配置信息存储在EPCS串行配置器件中,这样可减少一片外置Flash。因为程序从 EPCS启动,所以在SoPC设计时添加外设EPCS控制器以引导程序的初始运行。

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