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

背景技術：

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、校驗位不同，造成光纖陀螺儀的測試工作難度大；同時由于光纖陀螺儀為溫度敏感器件，測試時需要結合溫度數(shù)據(jù)對角速率數(shù)據(jù)進行分析，因此急需一種靈活、通用的測試方法，接收不同時序輸出的光纖陀螺儀，同時能夠采集溫度數(shù)據(jù)。現(xiàn)有技術中還沒有這種方法。

技術實現(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實現(xiàn)方法，通過模塊化設計，通過FPGA設計代碼中的參數(shù)設置，能夠測試不同輸出時序的光纖陀螺儀，實現(xiàn)方法簡單快捷，通用性強。

本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：一種用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實現(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，同時輸出平滑完成標志信號，并將所述平滑完成標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。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實現(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)接收波特率時鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時鐘進行分頻，得到串口接收波特率時鐘，在接收波特率時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、校驗位和停止位，對校驗位進行判斷，校驗位正確時一個字節(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)到來時計數(shù)器加1；計數(shù)器為0時接收幀頭，計數(shù)器為1-3時接收3字節(jié)角速率數(shù)據(jù)，為4時接收幀尾；當接收到的幀頭和幀尾正確時，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鐘，在接收平滑完成標志信號后在每個采集時鐘下采集溫度。

上述用于光纖陀螺儀測試電路的FPGA實現(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，當緩存FIFO中為非空時將緩存的數(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)送波特率時鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時鐘進行分頻得到串口發(fā)送波特率時鐘，在發(fā)送波特率時鐘的使能下將數(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)有技術相比具有如下優(yōu)點：

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

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)送的波特率時鐘、校驗位可在FPGA代碼中設置，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。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明：

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)送時包括一位起始位、一個字節(jié)數(shù)據(jù)位、一位校驗位和一位停止位。

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

以下結合圖1中對一種光纖陀螺儀測試電路的FPGA實現(xiàn)方法進行說明：

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)接收波特率時鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時鐘進行分頻，得到串口接收波特率時鐘，在接收波特率時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、校驗位和停止位，對校驗位進行判斷，校驗位正確時一個字節(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)到來時計數(shù)器值加1；計數(shù)器為0時接收幀頭，計數(shù)器為1-3時接收3字節(jié)角速率數(shù)據(jù)，為4時接收幀尾；當接收到的幀頭和幀尾正確時，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，同時輸出平滑完成標志信號，并將平滑完成標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和采集時鐘DCLOCK到AD7683，在接收平滑完成標志信號后在每個采集時鐘DCLOCK采集AD7683的Dout輸出，AD7683的數(shù)據(jù)采集時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，當緩存FIFO中為非空時將緩存的數(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。

具體的，數(shù)據(jù)發(fā)送單元5根據(jù)發(fā)送波特率時鐘分頻參數(shù)對FPGA的輸入時鐘進行分頻得到串口發(fā)送波特率時鐘，在發(fā)送波特率時鐘的使能下將數(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。

本實施例通過應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)，串口接收波特率時鐘、校驗位，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)的波特率時鐘、校驗位可通過FPGA編程修改，因此可測試不同時序輸出的光纖陀螺儀，同時能夠采集溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)方法靈活快捷，通用性強。

下面以一個具體實施例對本發(fā)明的實施方案做進一步說明。

假設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)的校驗位為偶校驗，光纖陀螺測試電路FPGA的輸入時鐘為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)校驗位為奇校驗。

通過計算，將11.0592×10⁶除以115200得到96，接收波特率時鐘分頻參數(shù)設置為96，11.0592×10⁶除以230400得到48；因此在FPGA設計代碼中設置各參數(shù)如下：

串口接收單元：接收波特率時鐘分頻參數(shù)為96，接收校驗參數(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)的校驗位為偶校驗，數(shù)據(jù)平滑單元：數(shù)據(jù)平滑次數(shù)2^N設置為2⁷，即N＝7,對應平滑次數(shù)為128；

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

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

上述參數(shù)在光纖陀螺儀測試電路的FPGA代碼設置完成后，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鐘和校驗位可在FPGA代碼中設置，因此可測試不同時序輸出的光纖陀螺儀，實現(xiàn)方法靈活快捷，通用性強；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)送的波特率時鐘、校驗位可在FPGA代碼中設置，可滿足不同的數(shù)據(jù)發(fā)送需求。

以上所述的實施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。