基于FPGA的慣導系統溫控電路接口設計

摘要：本文介紹了一種基于FPGA的光纖陀螺慣導系統溫控電路接口設計。主要說明了溫控電路整體結構,溫控電路工作流程,FPGA與外圍電路的通信接口和FPGA的邏輯設計等幾個方面。

1 引言

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。

2 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。

圖1 溫控電路的整體結構框圖

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。基于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。

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*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。

圖2 溫控電路的工作流程