專利名稱：一種實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術，尤其是實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，用于大型衛(wèi)星或需要機動衛(wèi)星及航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構控制力矩陀螺中。
背景技術：
衛(wèi)星運行過程中通過衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)不停地實時地調整自己的姿態(tài)以適應需要，控制力矩陀螺作為姿軌控系統(tǒng)的主要執(zhí)行者，它要不停地接收衛(wèi)星的命令以提供不同的力矩輸出并把自身的工作狀態(tài)等信息實時地反饋給衛(wèi)星，這樣實現(xiàn)衛(wèi)星高可靠地工作，他們之間的這種信息交換通過串口通信完成。在以往的衛(wèi)星串口通信中，通常采用專用的串并轉換芯片以實現(xiàn)衛(wèi)星與從屬設備之間的串口通信，此種串口通信方式存在的問題是要多增加外圍電路器件，如果接收的命令和回傳的數(shù)據很長，這將大大影響CPU的工作效率，并降低了系統(tǒng)的可靠性；器件的增加也將影響系統(tǒng)的可靠性；結構復雜、體積大而重、傳輸精度低，難以適應衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展需求，因此研制新型的串口通信方式勢在必行。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，它能使控制力矩陀螺很好地受控于衛(wèi)星。為解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下的技術方案實現(xiàn)的，一種實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，其包括如下步驟I)選實現(xiàn)串口通信的器件包括反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片、數(shù)字信號處理DSP芯片、差分信號轉換芯片，上位機通過串口通信器件實現(xiàn)與控制力矩陀螺通信；2)上位機發(fā)送控制指令，轉換芯片把差分信號轉化為串行信號上位機發(fā)送指令給控制力矩陀螺，為兩路差分信號，通過差分信號轉換芯片轉化為串行信號；3)在反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中實現(xiàn)的串口接收程序接收串行信號并譯碼，接收到一幀數(shù)據指令后發(fā)送一個脈沖信號作為數(shù)字信號處理DSP芯片的中斷信號，通過總線交互，數(shù)字信號處理DSP芯片讀取反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中獲取的上位機控制指令；4)數(shù)字信號處理DSP芯片經過一系列數(shù)據處理后，回傳包括控制力矩陀螺的工作狀態(tài)信息給FPGA芯片；5) FPGA芯片讀取DSP芯片的回傳指令，經過編碼后按串行數(shù)據幀格式按位發(fā)送并經差分信號轉換芯片轉換為兩路差分信號給上位機，由此整個過程實現(xiàn)了上位機與控制力矩陀螺的通信。

所述的步驟3)中，串口信號的接收是不斷檢測串口信號線，當為低時開始接收串口數(shù)據，先接收高字節(jié)，接收完串口數(shù)據的每個字節(jié)后組成幀命令存放在寄存器中，爾后發(fā)送中斷信號通知DSP讀取，通過總線交互由DSP讀取數(shù)據。所述的步驟4、5)中，串口信號的發(fā)送是通過總線交互，F(xiàn)PGA讀取DSP中控制力矩陀螺要回傳給上位機的數(shù)據,接收完一幀數(shù)據后,按串行數(shù)據幀格式編碼,高字節(jié)先發(fā)送直至低字節(jié)，然后按位發(fā)送出去給差分信號轉換芯片轉換成兩路差分信號。本發(fā)明采用反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片、數(shù)字信號處理DSP芯片、差分信號轉換芯片為串口通信的器件，與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點和有益效果是I)能夠有效地實現(xiàn)上位機與控制力矩陀螺通信，提高了通信精度高、速度和可靠性，能夠實時調整衛(wèi)星姿態(tài)，使衛(wèi)星更好的運行；2)結構緊湊、減少了體積和重量，減少了串口通信的器件。


以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。圖1是本發(fā)明的串口通信結構框圖；圖2是本發(fā)明串行數(shù)據的幀格式示意圖；圖3是本發(fā)明的串口接收流程圖； 圖4是本發(fā)明的串口發(fā)送流程圖。
具體實施例方式參見圖1，是本發(fā)明串口通信結構框圖，包括上位機模塊、型號為A54SX72A的反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片、型號為TMS320VC33的數(shù)字信號處理DSP芯片、型號為MAX3070E的差分信號轉換芯片，上位機發(fā)送指令給控制力矩陀螺，從上位機發(fā)出來的指令為兩路的差分信號，通過MAX3070E的差分信號轉換芯片轉化為一路的串行信號，串行信號是按字節(jié)傳輸?shù)?，一個命令為一幀，經過反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片的譯碼，判斷接收完一幀命令后，產生中斷信號給DSP芯片，通過總線交互，DSP芯片讀取反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中存儲的數(shù)據，然后通過與上位機約定的協(xié)議使控制力矩陀螺按地面系統(tǒng)指令運行，即完成了串口接收過程。同樣上位機需要接收控制力矩陀螺的信息包括外框架的工作狀態(tài)、外框架當前的角度以及外框架的角速度等。DSP芯片會把相應的信息按照約定的協(xié)議組成一幀通過總線交互發(fā)送給FPGA芯片，在FPGA芯片按照上位機能接收的串口協(xié)議編碼后發(fā)送給MAX3070E的差分信號轉換芯片，轉換成兩路差分信號給上位機接收，即完成了串口發(fā)送過程。在功能模塊中加MAX3070E的差分信號轉換芯片是為了增加串口通信的距離并減少串口通信中所受的干擾。參見圖2，是串行信號的幀格式示意圖，串行信號是以一個字節(jié)為一個單位；按從最低位到最高位發(fā)送，在最低位前加個起始位，在最高位后加一個結束位，即為一個字節(jié)的發(fā)送；一幀為多個這樣的字節(jié)組成的，多個字節(jié)的發(fā)送為先發(fā)送高字節(jié)。參見圖3，是串口接收的流程圖，閑置狀態(tài)下(沒有發(fā)送串口信號)，串口信號為高，程序為了不斷地檢測串口信號，當串口信號為低時表明有串口信號發(fā)出來了，避免因為毛刺等原因造成的串口信號為低，檢測信號采用波特率32倍的采樣頻率，連續(xù)采集中間的3位數(shù)據，如果為低表明串口信號來了，開始接收數(shù)據；同樣為了保證接收數(shù)據的正確性，采用32倍于波特率的采樣頻率采樣數(shù)據，連續(xù)采集中間的三位數(shù)據，如果相同，則視為正確數(shù)據，然后接收下一位bit，連續(xù)接收10位bit則為接收了一個字節(jié)，如果連續(xù)采集的三位數(shù)據不相同，則視為接收了錯誤的數(shù)據，重新返回去檢測串口信號的電平；一幀命令由多個字節(jié)組成，如果沒有接收完則繼續(xù)按上述步驟采集每個字節(jié)，如果采集完一幀以后則把數(shù)據存放于寄存器中，并產生一個中斷信號給數(shù)字信號處理DSP芯片通知反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片已經完成譯碼，等待數(shù)字信號處理DSP芯片可以讀??；數(shù)字信號處理DSP芯片響應中斷，將信號Rec_rdy拉低，通知反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片把數(shù)據掛上總線以供DSP芯片讀?。划擠SP芯片讀完數(shù)據以后，重新將Rec_rdy拉高以釋放總線。整個串口接收的過程就完成了，高倍的采樣頻率連續(xù)采集以甄別采集數(shù)據的正確性是可靠地實現(xiàn)串口通信的關鍵技術。參見圖4，是串口發(fā)送的流程圖，發(fā)送模塊一直處于等待狀態(tài)，等待接收數(shù)字信號處理DSP芯片的指令，即一直判斷SencLrdy信號是否為低，若為低，即為數(shù)字信號處理DSP芯片把數(shù)據掛在了總線上等待FPGA芯片讀取，F(xiàn)PGA芯片按照總線交互協(xié)議讀取數(shù)字信號處理DSP芯片發(fā)送的數(shù)據，如果接收完一幀數(shù)據則進入編碼狀態(tài)，沒有接收完則繼續(xù)接收；接收完數(shù)據后，即進入編碼段，對一幀數(shù)據進行編碼，編碼的格式如圖2所示，即從最低字節(jié)向最高字節(jié)按位編碼；編碼完成后進入發(fā)送狀態(tài)，按照編碼順序依次發(fā)送串口數(shù)據，發(fā)送完成后繼續(xù)進入等待狀態(tài)，等待數(shù)字信號處理DSP芯片指令發(fā)送下一幀數(shù)據。MAX3070E的差分信號轉換芯片接收反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片發(fā)送的串口信號，并把它轉化為兩路差分信號給上位機，上位機就能實時地獲悉控制力矩陀螺的工作狀態(tài)，以便更好地調整衛(wèi)星姿態(tài)。
權利要求
1.一種實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，其特征在于包括如下步驟 1)選實現(xiàn)串口通信的器件 包括反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片、數(shù)字信號處理DSP芯片、差分信號轉換芯片; 2)上位機發(fā)送控制指令，轉換芯片把差分信號轉化為串行信號； 3)在反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中實現(xiàn)的串口接收程序接收串行信號并譯碼，接收到一幀數(shù)據指令后發(fā)送一個脈沖信號作為數(shù)字信號處理DSP芯片的中斷信號，通過總線交互，數(shù)字信號處理DSP芯片讀取反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中獲取的上位機控制指令； 4)數(shù)字信號處理DSP芯片經過數(shù)據處理后，將回傳控制力矩陀螺的工作狀態(tài)信息給FPGA芯片； 5)FPGA芯片讀取DSP芯片的回傳指令，經過編碼后按串行數(shù)據幀格式按位發(fā)送并經差分信號轉換芯片轉換為兩路差分信號給上位機，實現(xiàn)上位機與控制力矩陀螺的通信。
2.根據權利要求1所述的實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，其特征在于所述的步驟1-3)中，串口信號的接收是不斷檢測串口信號線，當為低時接收串口數(shù)據，接收完串口數(shù)據的每個字節(jié)后組成幀命令存放在寄存器中，而后發(fā)送中斷信號，通過總線交互由DSP讀取數(shù)據。
3.根據權利要求1或2所述的實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，其特征在于所述的步驟1-4),5)中，所述的串口信號的發(fā)送是通過總線交互，讀取DSP中要回傳給上位機的數(shù)據，按串行數(shù)據幀格式編碼，高字節(jié)先發(fā)送，爾后按位發(fā)送出去給差分信號轉換芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)衛(wèi)星串口通信的方法，包括如下步驟選實現(xiàn)串口通信的器件；上位機發(fā)送控制指令，轉換芯片把差分信號轉化為串行信號；在反熔絲現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片中實現(xiàn)的串口接收程序接收串行信號并譯碼；數(shù)字信號處理DSP芯片經過數(shù)據處理后，將回傳控制力矩陀螺的工作狀態(tài)信息給FPGA芯片；讀取DSP芯片的回傳指令，經過編碼后按串行數(shù)據幀格式按位發(fā)送并經差分信號轉換芯片轉換為兩路差分信號給上位機，實現(xiàn)上位機與控制力矩陀螺的通信。其優(yōu)點和有益效果是能夠有效地實現(xiàn)上位機與控制力矩陀螺通信，提高了通信精度高、速度和可靠性；減少了體積和重量，能夠實時調整衛(wèi)星姿態(tài)并保證其正常運行。
文檔編號G06F13/38GK103064810SQ20111031694
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者周華俊, 李佳亮, 魏新生 申請人:上海航天控制工程研究所