FIR數(shù)字低通濾波器 - Nios II實(shí)現(xiàn)二頻機(jī)抖陀螺工作電路設(shè)計(jì)

　　圖2為1 s內(nèi)采集的可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，從圖中可看出：有用信號(hào)已被抖動(dòng)信號(hào)和量化噪聲完全覆蓋。圖3為信號(hào)的功率譜，從圖中可看到，抖動(dòng)信號(hào)在功率譜中占很大分量(功率譜的最大值處的頻率對(duì)應(yīng)抖動(dòng)頻率)，還原出被測(cè)量信號(hào)必須對(duì)可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以濾除抖動(dòng)及其他雜散信號(hào)。圖4為濾波后的脈沖輸出，不同于圖2，從圖4中可清楚地看出：在2 000點(diǎn)(即1 s時(shí)間內(nèi))恒定地球轉(zhuǎn)速下累計(jì)約15個(gè)信號(hào)脈沖。

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　　可編程邏輯器件為FIR濾波器的設(shè)計(jì)提供高靈活性，可采取多種結(jié)構(gòu)，例如并行流水線結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)等。考慮到采樣率相對(duì)不是很高，為節(jié)約系統(tǒng)資源，這里采用自行設(shè)計(jì)的串行結(jié)構(gòu)濾波。

　　4 接口部分

　　由于陀螺工作的外界條件不同，陀螺工作的最佳參數(shù)可能也不相同，這就要求處理器能夠根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整測(cè)試電路參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控電路和陀螺狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題能夠自我感知。UART1為面向上位機(jī)的通訊接口，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后通過(guò)RS232線纜連接至計(jì)算機(jī).它一方面接收計(jì)算機(jī)的控制參數(shù)，另一方面將采集的數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)。

　　4.1 抖動(dòng)穩(wěn)頻控制

　　UART2與穩(wěn)頻板相連接，它對(duì)穩(wěn)頻電路的控制主要包括：(1)控制穩(wěn)頻電路的開(kāi)啟或關(guān)閉;(2)監(jiān)測(cè)穩(wěn)頻是否異常;(3)實(shí)時(shí)讀取光強(qiáng)和控制電壓值。

　　而UART3是與抖動(dòng)電路通訊的接口，它對(duì)抖動(dòng)電路的控制主要包括：(1)控制抖動(dòng)電路的開(kāi)啟或關(guān)閉;(2)監(jiān)測(cè)抖動(dòng)是否異常，監(jiān)測(cè)抖動(dòng)頻率;(3)下載噪聲表。UART2和UART3由于傳輸距離不是很長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中直接采用3.3 V電平，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，沒(méi)有出現(xiàn)誤碼，通訊穩(wěn)定。

　　4.2 A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換部分

　　A/D轉(zhuǎn)換部分負(fù)責(zé)采集溫度、光強(qiáng)、控制電壓等模擬信息，同時(shí)采集陀螺內(nèi)部溫度，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，該系統(tǒng)選用ADS8344。ADS8344是一款高性能、低功耗的16位的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)有高精度基準(zhǔn)電壓，最大采樣頻率為100 kHz，信噪比達(dá)84 dB，包含8個(gè)單端模擬輸人通道(CH0～CH7)，參考電壓VRFF范圍為500 mV~VCC。ADS834通過(guò)三線SPI接口與Nios II處理器通訊。為了控制環(huán)形激光器的工作電流，D/A轉(zhuǎn)換部分采用具有雙路輸出的12位D/A轉(zhuǎn)換器AD5322，該器件具有超小體積，超小功耗的特點(diǎn)，完全與Nios II處理器SPI接口兼容。

　　5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

　　按照上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，研制以嵌入式軟核處理器Nios II為核心的二頻機(jī)械抖動(dòng)激光陀螺信號(hào)處理系統(tǒng)，并對(duì)某型國(guó)產(chǎn)二頻機(jī)抖陀螺進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

　　經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠有效控制與監(jiān)測(cè)陀螺的運(yùn)行工作參數(shù)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。