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惯导组件的计算机检测技术研究

作　者: 庞新洁
导　师: 张志文
学　校: 西安工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 惯导组件 AVR单片机 串行通信 现场可编程门阵列(FPGA) VC++6.0
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要


本文设计了一种以单片机和FPGA为核心,可以对惯导组件输出的脉冲进行实时采集、处理的检测系统。利用串口与上位机进行数据传输,使用VHDL语言对FPGA芯片内部电路进行设计,具有编程灵活、高速宽范围测频及稳定性好的特点。论文详细描述了ALTERA公司FLEX10K系列的FPGA器件和ATMEL公司的AVRAtmega128单片机；着重介绍其内部的USART,总线协议及通信方式；探讨了本课题的整体设计方案,其中包含硬件和软件两个方面的内容；深入介绍硬件电路的搭建以及FPGA内逻辑控制和脉冲计数模块的设计,讨论AVR单片机程序设计和测控计算机显示及存储界面的设计,以及对测试数据的精度进行了分析和总结。硬件电路的设计主要包含单片机与FPGA的接口设计、电源供电模块、FPGA内部的计数单元与逻辑控制的设计、单片机与上位机之间的接口设计。本课题选用了EPF10K20TC144-4U型号的FPGA芯片作为脉冲计数的核心器件,对惯导组件输出的脉冲进行采集；选用AVR Atmega128-16AU芯片作为数据处理和传输的主控芯片。单片机与测控计算机之间的控制芯片使用美信公司MAX系列的MAX232芯片。在软件编程方面,FPGA程序在MAXPLUSII平台上使用VHDL语言进行编写；使用C语言编写单片机程序；使用VC++6.0来编写测控计算机应用程序。本课题所设计的测试系统能够对惯导组件输出的12路脉冲信号进行测试,脉冲频率计数范围可以达到1Hz～1.6MHz,误差小于10-4,满足了动态测试要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 惯性导航系统概述  9-10
  1.2 选题意义  10
  1.3 研究背景及目的  10-11
  1.4 论文主要研究工作  11-12
  1.5 论文结构安排  12-13
2 器件概述及USART介绍  13-23
  2.1 FLEX10系列的FPGA芯片概述  13-17
    2.1.1 FPGA芯片的一般概念  13-15
    2.1.2 FPGA与硬件描述语言  15-17
  2.2 AVR ATMEGA128单片机概述  17-19
    2.2.1 AVR单片机简介  17-18
    2.2.2 AVR单片机的CPU内核  18-19
    2.2.3 ATMEGA128单片机简介  19
  2.3 USART串行通信介绍  19-23
    2.3.1 串行通信的基本原理  20-21
    2.3.2 串行通信协议格式  21
    2.3.3 RS-232总线  21-22
    2.3.4 Atmega128单片机的USART通信  22-23
3 检测技术要求及总体方案设计  23-32
  3.1 惯性导航组件的检测技术要求  23-27
    3.1.1 光纤陀螺测试技术概述  23
    3.1.2 光纤陀螺技术指标  23-26
    3.1.3 检测产品要求  26-27
    3.1.4 检测方法实现  27
  3.2 总体方案设计  27-28
  3.3 硬件电路方案设计  28-30
    3.3.1 Atmega128单片机与FPGA接口设计  28
    3.3.2 Atmega128单片机下载电路设计  28-29
    3.3.3 USART通信接口设计  29
    3.3.4 FPGA逻辑检测模块的设计  29
    3.3.5 FPGA配置电路的设计  29
    3.3.6 供电模块设计  29-30
  3.4 软件方案设计  30-32
    3.4.1 Atmega128单片机的程序设计  30
    3.4.2 Atmega128单片机的熔丝位设计  30
    3.4.3 基于VHDL语言的逻辑控制及计数模块设计  30-31
    3.4.4 测控计算机应用程序设计  31-32
4 硬件电路设计及实现  32-46
  4.1 硬件电路结构  32-33
  4.2 Atmega128单片机与FPGA接口设计  33-37
    4.2.1 Atmega128单片机的接口配置  33-35
    4.2.2 Atmega128单片机的存储器结构  35-36
    4.2.3 地址选择  36-37
  4.3 Atmegal28单片机下载电路设计  37-38
  4.4 USART通信接口设计  38-39
  4.5 FPGA逻辑检测模块的设计  39-40
  4.6 FPGA配置电路的设计  40-44
    4.6.1 FPGA的配置方式  40-41
    4.6.2 FPGA在线配置  41-44
    4.6.3 FPGA的配置芯片电路设计  44
  4.7 供电模块设计  44-46
5 软件设计及实现  46-75
  5.1 Atmega128单片机程序设计  46-59
    5.1.1 Atmega128单片机开发及调试工具简介  47-49
    5.1.2 ICC AVR的C语言基础知识  49-52
    5.1.3 Atmega128单片机程序  52-59
  5.2 Atmega128单片机的熔丝位设计  59-62
    5.2.1 Atmega128单片机时钟晶振的选择  60
    5.2.2 Atmega128单片机熔丝位的配置  60-62
    5.2.3 Atmega128单片机死锁的预防与解救  62
  5.3 基于VHDL语言的逻辑控制及计数模块设计  62-68
    5.3.1 分频子系统设计  62-63
    5.3.2 译码子系统设计  63-65
    5.3.3 计数子系统设计  65-68
  5.4 测控计算机应用程序设计  68-75
    5.4.1 VC中MSComm控件简介  68-69
    5.4.2 MSComm控件的串行通信处理方式  69
    5.4.3 测控计算机应用程序  69-75
6 调试与实验测试  75-80
  6.1 调试  75-76
    6.1.1 静态调试  75
    6.1.2 在线动态调试  75-76
  6.2 实验结果及误差分析  76-80
    6.2.1 测频精度分析  76-77
    6.2.2 误差分析  77
    6.2.3 实验结果分析  77-80
7 结论  80-83
  7.1 总结  80
  7.2 结论  80-83
参考文献  83-86
攻读硕士学位期间发表的论文  86-87
致谢  87-89

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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