如何實現光纖陀螺慣導系統FPGA接口的設計

　　采用光纖陀螺的捷聯慣性導航系統是一種極具發展潛力的導航系統，對于其核心部件的光纖陀螺，尤其是中高精度光纖陀螺，環境溫度帶來的漂移是不容忽視的，因此對系統進行溫度控制很有必要。溫度控制電路是整個溫控系統的硬件基礎，其中涉及到溫度采集，與微處理器通信，串口輸出，控制數模轉換芯片等多個組成部分。本文提出一種高效實用的 FPGA 接口設計，它能夠完成協調各個組成部分有序工作，準確、快速實現數據傳輸，嚴格控制信號時序等工作。

　　溫控電路整體結構

　　溫控電路的整體結構框圖如圖 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，上位機和 FPGA 等多個組成部分。FPGA 接口是整個電路的核心。 其中，溫度傳感器采用 DALLAS 公司的 DS18B20，它采用 1-wire 總線協議，僅需 1 根數據線進行通信。DSP 采用 TI 公司的 TMSVC33，它可以實現高速浮點運算。232 接口芯片采用 MAXIM 公司的 MAX3232，支持高達 120kbps 的傳輸速率。DAC 采用 TI 公司的 TLV5620I，它是通過 4 條串行信號控制的 8 位 4 路數模轉換芯片。FPGA 選用 ALTERA 公司的 ACEX 系列的 EP1K100，它時鐘頻率高，具有豐富內部資源，提供大量可編程 IO 管腳，配置十分方便?；?FPGA 的溫控電路接口在整個電路中具有非常重要的作用。FPGA 本身的高速并行結構為整個電路的性能提供了可靠保證。 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，并存儲于內部存儲器中，每秒更新一次。FPGA 發送中斷信號通知 DSP 讀取 FPGA 中存儲的溫度值，DSP 根據當前溫度值和控制算法計算出控制量。而后將溫度值和控制量打包成一幀數據發送給 FPGA。FPGA 將 DSP 發送來的數據存儲在內部存儲器后，對數據進行操作，生成輸出信號。FPGA 一方面將數據串行發送給 232 接口芯片，然后通過 232 串口發送給上位機。上位機可通過監視軟件實時觀測溫度值和控制量的變化情況，方便系統調試與評估；另一方面從數據中提取出控制量，將其串行輸出到 DAC，數字控制信號經過 DA 轉換后輸出模擬控制電壓到后端控制電路，實現對七路溫度的閉環控制。

　　采用光纖陀螺的捷聯慣性導航系統是一種極具發展潛力的導航系統，對于其核心部件的光纖陀螺，尤其是中高精度光纖陀螺，環境溫度帶來的漂移是不容忽視的，因此對系統進行溫度控制很有必要。溫度控制電路是整個溫控系統的硬件基礎，其中涉及到溫度采集，與微處理器通信，串口輸出，控制數模轉換芯片等多個組成部分。本文提出一種高效實用的 FPGA 接口設計，它能夠完成協調各個組成部分有序工作，準確、快速實現數據傳輸，嚴格控制信號時序等工作。

　　溫控電路的整體結構框圖如圖 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，上位機和 FPGA 等多個組成部分。FPGA 接口是整個電路的核心。 其中，溫度傳感器采用 DALLAS 公司的 DS18B20，它采用 1-wire 總線協議，僅需 1 根數據線進行通信。DSP 采用 TI 公司的 TMSVC33，它可以實現高速浮點運算。232 接口芯片采用 MAXIM 公司的 MAX3232，支持高達 120kbps 的傳輸速率。DAC 采用 TI 公司的 TLV5620I，它是通過 4 條串行信號控制的 8 位 4 路數模轉換芯片。FPGA 選用 ALTERA 公司的 ACEX 系列的 EP1K100，它時鐘頻率高，具有豐富內部資源，提供大量可編程 IO 管腳，配置十分方便?；?FPGA 的溫控電路接口在整個電路中具有非常重要的作用。FPGA 本身的高速并行結構為整個電路的性能提供了可靠保證。 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，并存儲于內部存儲器中，每秒更新一次。FPGA 發送中斷信號通知 DSP 讀取 FPGA 中存儲的溫度值，DSP 根據當前溫度值和控制算法計算出控制量。而后將溫度值和控制量打包成一幀數據發送給 FPGA。FPGA 將 DSP 發送來的數據存儲在內部存儲器后，對數據進行操作，生成輸出信號。FPGA 一方面將數據串行發送給 232 接口芯片，然后通過 232 串口發送給上位機。上位機可通過監視軟件實時觀測溫度值和控制量的變化情況，方便系統調試與評估；另一方面從數據中提取出控制量，將其串行輸出到 DAC，數字控制信號經過 DA 轉換后輸出模擬控制電壓到后端控制電路，實現對七路溫度的閉環控制。