如何使用FPGA實現(xiàn)多陀螺智能測量裝置的研制設計

　　陀螺儀是一種敏感角速率或角位移的傳感器 由陀螺儀組成的慣性系統(tǒng)具有自主隱蔽實時等特點因此在包括衛(wèi)星的現(xiàn)代航天領(lǐng)域中成為不可缺少的重要組成部分根據(jù)我國十五預研及后續(xù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)高精度長壽命和高可靠性的發(fā)展目標 上海航天812 所提出了研制多陀螺智能測量裝置的任務以便研究精度更高壽命更長的衛(wèi)星姿態(tài)測量敏感器

　　為了實現(xiàn)長壽命和高可靠性的要求 姿態(tài)測量用慣性組合由3 個動力調(diào)諧陀螺儀組成按需要控制和切換3 個陀螺儀的工作狀態(tài)為了提高陀螺儀的精度需要對陀螺內(nèi)部溫度進行測量用于溫控或?qū)ν勇轀囟绕七M行補償因此本文的任務就是針對一個由3 個動力調(diào)諧陀螺儀組成的慣性組合完成其脈沖計數(shù)溫度測量數(shù)據(jù)處理信號控制通信等功能

　　由此可見 本文可歸結(jié)為對一個電子系統(tǒng)的研制經(jīng)過任務綜合根據(jù)要求的系統(tǒng)功能及技術(shù)指標所研制的多陀螺智能測量裝置主要由以下部分組成

　　1. CPU 部分使用16 位單片機負責電路的邏輯控制完成陀螺儀的信號處理與控制以及與星載計算機的通訊等工作

　　2. 脈沖計數(shù)及外圍電路使用現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA 完成脈沖計數(shù)狀態(tài)信號和控制信號的輸入輸出以及地址編碼等工作

　　3. 陀螺內(nèi)部溫度測量用電橋法或外加恒流源的方法通過測量熱敏電阻的阻值來獲得陀螺的溫度

　　本文的研究工作主要是進行多陀螺智能測量裝置的設計 研制和系統(tǒng)調(diào)試在設計中采用了 16 位單片機與FPGA 組合技術(shù)充分利用16 位單片機豐富的寄存器結(jié)構(gòu)和高效率的指令系統(tǒng)FPGA 設計中用硬件描述語言VHDL 編寫程序采用自頂向下的設計思想和層次化設計結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)目標的邏輯行為進行描述集成了大部分邏輯電路包括6 路16 位可逆脈沖計數(shù)電路譯碼電路單片機輸入輸出的擴展接口等功能此外根據(jù)陀螺測溫精度高范圍大的要求研制了分檔電橋測量電路研究了一種簡單可行的多檔電橋電路標校方法有效解決了檔位交叉和非線性問題為了便于系統(tǒng)調(diào)試還設計開發(fā)了一套可視化應用軟件以模擬陀螺輸出參數(shù)直觀顯示試驗狀態(tài)和結(jié)果多陀螺智能測量裝置業(yè)已研制完成 經(jīng)多次重復模擬測試裝置的性能滿足設計要求