本發(fā)明涉及一種用于光纖陀螺儀測試電路FPGA的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

光纖陀螺儀用于測量慣性空間的角速率，角速率數(shù)據(jù)的輸出形式之一為串口形式，不同情況下光纖陀螺儀對外發(fā)送的波特率、校驗(yàn)位不同，造成光纖陀螺儀的測試工作難度大；同時(shí)由于光纖陀螺儀為溫度敏感器件，測試時(shí)需要結(jié)合溫度數(shù)據(jù)對角速率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因此急需一種靈活、通用的測試方法，接收不同時(shí)序輸出的光纖陀螺儀，同時(shí)能夠采集溫度數(shù)據(jù)。現(xiàn)有技術(shù)中還沒有這種方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，通過模塊化設(shè)計(jì)，通過FPGA設(shè)計(jì)代碼中的參數(shù)設(shè)置，能夠測試不同輸出時(shí)序的光纖陀螺儀，實(shí)現(xiàn)方法簡單快捷，通用性強(qiáng)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：所述串口接收單元接收光纖陀螺儀角速率數(shù)據(jù)，將所述角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)平滑單元；

步驟二：所述數(shù)據(jù)平滑單元接收所述角速率數(shù)據(jù)，并將角速率數(shù)據(jù)平滑處理后得到平均角速率數(shù)據(jù)并將所述平均角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)緩存單元，同時(shí)輸出平滑完成標(biāo)志信號，并將所述平滑完成標(biāo)志信號輸出給所述溫度采集單元；

步驟三：所述溫度采集單元接收所述平滑完成標(biāo)志信號后采集溫度，并將溫度發(fā)送給所述數(shù)據(jù)緩存單元；

步驟四：所述數(shù)據(jù)緩存單元接收所述平均角速率數(shù)據(jù)和所述溫度后并存儲，并將所述平均角速率數(shù)據(jù)和所述溫度輸出給所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元；

步驟五：所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元將所述平均角速率數(shù)據(jù)和所述溫度發(fā)送給PC機(jī)。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟一中，串口接收單元接收光纖陀螺儀角速率數(shù)據(jù)包括：串口接收單元根據(jù)接收波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到串口接收波特率時(shí)鐘，在接收波特率時(shí)鐘的使能下依次接收串口數(shù)據(jù)的起始位、一個字節(jié)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，對校驗(yàn)位進(jìn)行判斷，校驗(yàn)位正確時(shí)一個字節(jié)數(shù)據(jù)作為正確的字節(jié)數(shù)據(jù)被接收；每個正確字節(jié)數(shù)據(jù)到來時(shí)計(jì)數(shù)器加1；計(jì)數(shù)器為0時(shí)接收幀頭，計(jì)數(shù)器為1-3時(shí)接收3字節(jié)角速率數(shù)據(jù)，為4時(shí)接收幀尾；當(dāng)接收到的幀頭和幀尾正確時(shí)，串口接收模塊將接收到的角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)平滑模塊。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟二中，角速率數(shù)據(jù)平滑處理包括：接收到的2^N個角速率數(shù)據(jù)進(jìn)行累加得到角速率累加值，角速率累加值除以2^N得到平均角速率數(shù)據(jù)。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟三中，所述溫度采集單元輸出溫度采集時(shí)鐘，在接收平滑完成標(biāo)志信號后在每個采集時(shí)鐘下采集溫度。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟四中，所述數(shù)據(jù)緩存單元將接收到的平均角速率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)寬度為n,存儲深度為2^m的緩存FIFO中，當(dāng)緩存FIFO中為非空時(shí)將緩存的數(shù)據(jù)輸出給所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟五中，所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元根據(jù)發(fā)送波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到串口發(fā)送波特率時(shí)鐘，在發(fā)送波特率時(shí)鐘的使能下將數(shù)據(jù)緩存模塊的平均角速率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明的串口接收單元的接收波特率時(shí)鐘和校驗(yàn)位可在FPGA代碼中設(shè)置，因此可測試不同時(shí)序輸出的光纖陀螺儀，實(shí)現(xiàn)方法靈活快捷，通用性強(qiáng)；

2)本發(fā)明的數(shù)據(jù)平滑單元使得數(shù)據(jù)平滑，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；

3)本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)據(jù)發(fā)送的波特率時(shí)鐘、校驗(yàn)位可在FPGA代碼中設(shè)置，可滿足不同的數(shù)據(jù)發(fā)送需求。

附圖說明

圖1為光纖陀螺測試電路FPGA實(shí)現(xiàn)方法的功能框圖；

圖2為光纖陀螺測試電路FPGA功能模塊配置參數(shù)說明圖；

圖3為光纖陀螺測試電路FPGA與AD芯片的接口圖；

圖4為光纖陀螺儀硬件原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

光纖陀螺儀用于測量慣性空間的角速率，其硬件原理框圖如圖4所示，其角速率數(shù)據(jù)的輸出形式之一為串口形式。串口端周期性發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀格式為一個字節(jié)幀頭、三字節(jié)角速率數(shù)據(jù)字和一個字節(jié)幀尾。數(shù)據(jù)發(fā)送的波特率通常為115200bps或230400bps，每個字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)包括一位起始位、一個字節(jié)數(shù)據(jù)位、一位校驗(yàn)位和一位停止位。

本實(shí)施例提供一種光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，如圖2所示，通過模塊化設(shè)計(jì)，在FPGA代碼中設(shè)置各功能模塊的參數(shù)，能夠測試不同輸出時(shí)序的光纖陀螺儀。

以下結(jié)合圖1中對一種光纖陀螺儀測試電路的FPGA實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行說明：

步驟一：串口接收單元1接收光纖陀螺儀角速率數(shù)據(jù)，將角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)平滑單元2。

具體的，串口接收單元1根據(jù)接收波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到串口接收波特率時(shí)鐘，在接收波特率時(shí)鐘的使能下依次接收串口數(shù)據(jù)的起始位、一個字節(jié)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，對校驗(yàn)位進(jìn)行判斷，校驗(yàn)位正確時(shí)一個字節(jié)數(shù)據(jù)作為正確的字節(jié)數(shù)據(jù)被接收；

每個正確字節(jié)數(shù)據(jù)到來時(shí)計(jì)數(shù)器值加1；計(jì)數(shù)器為0時(shí)接收幀頭，計(jì)數(shù)器為1-3時(shí)接收3字節(jié)角速率數(shù)據(jù)，為4時(shí)接收幀尾；當(dāng)接收到的幀頭和幀尾正確時(shí)，串口接收模塊將接收到的角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)平滑模塊。

步驟二：數(shù)據(jù)平滑單元2接收角速率數(shù)據(jù)，并將角速率數(shù)據(jù)平滑處理后得到平均角速率數(shù)據(jù)并將平均角速率數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)緩存單元4，同時(shí)輸出平滑完成標(biāo)志信號，并將平滑完成標(biāo)志信號輸出給溫度采集單元3；

具體的，角速率數(shù)據(jù)平滑處理包括：接收到的2^N個角速率數(shù)據(jù)進(jìn)行累加得到角速率累加值，角速率累加值除以2^N得到平均角速率數(shù)據(jù)。

步驟三：溫度采集單元3接收平滑完成標(biāo)志信號后采集溫度，并將溫度發(fā)送給數(shù)據(jù)緩存單元4。

具體的，溫度采集通過采集芯片AD7686的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，AD7683與FPGA的接口如圖3所示。溫度采集單元3輸出片選信號CS和采集時(shí)鐘DCLOCK到AD7683，在接收平滑完成標(biāo)志信號后在每個采集時(shí)鐘DCLOCK采集AD7683的Dout輸出，AD7683的數(shù)據(jù)采集時(shí)序可參見該芯片的用戶手冊。

步驟四：數(shù)據(jù)緩存單元4接收平均角速率數(shù)據(jù)和溫度后并存儲，并將平均角速率數(shù)據(jù)和溫度輸出給數(shù)據(jù)發(fā)送單元5。

具體的，數(shù)據(jù)緩存單元4將接收到的平均角速率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)寬度為n,存儲深度為2^m的緩存FIFO中，當(dāng)緩存FIFO中為非空時(shí)將緩存的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)發(fā)送單元5。

步驟五：數(shù)據(jù)發(fā)送單元5將平均角速率數(shù)據(jù)和溫度發(fā)送給PC機(jī)。

具體的，數(shù)據(jù)發(fā)送單元5根據(jù)發(fā)送波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到串口發(fā)送波特率時(shí)鐘，在發(fā)送波特率時(shí)鐘的使能下將數(shù)據(jù)緩存模塊的平均角速率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送。

本實(shí)施例通過應(yīng)用光纖陀螺測試電路FPGA采集光纖陀螺儀的角速率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，串口接收波特率時(shí)鐘、校驗(yàn)位，角速率數(shù)據(jù)平滑次數(shù)；FIFO的寬度和存儲深度；發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率時(shí)鐘、校驗(yàn)位可通過FPGA編程修改，因此可測試不同時(shí)序輸出的光纖陀螺儀，同時(shí)能夠采集溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)方法靈活快捷，通用性強(qiáng)。

下面以一個具體實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案做進(jìn)一步說明。

假設(shè)光纖陀螺儀輸出角速率數(shù)據(jù)的幀格式為x“53”(幀頭)、角速率數(shù)據(jù)的高字節(jié)數(shù)據(jù)、中字節(jié)數(shù)據(jù)、低字節(jié)數(shù)據(jù)和x“45”(幀尾)，輸出波特率為115200bps，每個字節(jié)的校驗(yàn)位為偶校驗(yàn)，光纖陀螺測試電路FPGA的輸入時(shí)鐘為11.0592MHz，平滑次數(shù)要求為128，緩存FIFO要求寬度為8Bits及深度為1024，發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率要求為230400bps，發(fā)送的每個字節(jié)校驗(yàn)位為奇校驗(yàn)。

通過計(jì)算，將11.0592×10⁶除以115200得到96，接收波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)設(shè)置為96，11.0592×10⁶除以230400得到48；因此在FPGA設(shè)計(jì)代碼中設(shè)置各參數(shù)如下：

串口接收單元：接收波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)為96，接收校驗(yàn)參數(shù)為0，一個字節(jié)幀頭數(shù)據(jù)為x“53”,一個字節(jié)幀尾為x“45”,對應(yīng)光纖陀螺儀的輸出數(shù)據(jù)幀格式為x“53”(幀頭)、角速率數(shù)據(jù)的高字節(jié)數(shù)據(jù)、中字節(jié)數(shù)據(jù)、低字節(jié)數(shù)據(jù)和x“45”(幀尾)；數(shù)據(jù)輸出波特率115200bps，每個字節(jié)的校驗(yàn)位為偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)平滑單元：數(shù)據(jù)平滑次數(shù)2^N設(shè)置為2⁷，即N＝7,對應(yīng)平滑次數(shù)為128；

數(shù)據(jù)緩存單元：數(shù)據(jù)寬度設(shè)置為n＝8,存儲深度為2¹⁰＝1024,即n＝8,m＝10,對應(yīng)緩存FIFO的寬度為8Bits,深度為1024；

數(shù)據(jù)發(fā)送單元：發(fā)送波特率時(shí)鐘分頻參數(shù)設(shè)置為48，發(fā)送校驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為1，數(shù)據(jù)發(fā)送波特率為230400bps，發(fā)送的每個字節(jié)校驗(yàn)位為奇校驗(yàn)。

上述參數(shù)在光纖陀螺儀測試電路的FPGA代碼設(shè)置完成后，可用于對該光纖陀螺儀的測試。

本發(fā)明的串口接收單元的接收波特率時(shí)鐘和校驗(yàn)位可在FPGA代碼中設(shè)置，因此可測試不同時(shí)序輸出的光纖陀螺儀，實(shí)現(xiàn)方法靈活快捷，通用性強(qiáng)；本發(fā)明的數(shù)據(jù)平滑單元使得數(shù)據(jù)平滑，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)據(jù)發(fā)送的波特率時(shí)鐘、校驗(yàn)位可在FPGA代碼中設(shè)置，可滿足不同的數(shù)據(jù)發(fā)送需求。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。