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基于FPGA的无人机大气数据简易系统研究

作　者: 戴莹春
导　师: 严家明
学　校: 西北工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 气压高度 Verilog HDL 算法状态机和数据通道现场可编程门阵列
分类号: TP319
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 182次
引　用: 3次
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内容摘要

无人机由于轻巧灵活等特点,在现代战争探测中得到广泛应用。本文论述了无人机大气数据测试系统的工作原理,论证适合其特点的总体方案,采用FPGA芯片作为系统的载体,并着重对系统级芯片内部模块化设计进行论述。在设计中根据实际采取按功能分割各个模块方法,并分别对测试系统的各个模块进行设计。大气数据参数有很多,气压高度是控制无人机正常飞行的一个很重要的参数,是保证无人机完成任务的关键所在。目前常用的办法是通过测量大气静压来间接测量无人机高度。本文以对气压高度H_p的测试系统作为设计的主干线,论述了测试气压高度H_p的系统结构及各个模块之间关系。在对各个模块进行硬件建模完成之后,采用ASMD的方式,对所有模块用Verilog HDL语言进行源代码的编写,通过编写测试激励文件对模块进行仿真并分析结果。系统整体通过仿真验证;本文系统具有较好的实时性,满足系统设计需求。本气压高度测量系统中的前端传感器频率信号5k到10kHz,修改相应寄存器参数字长就可以应用于不同频率范围的等精度测量。采用标准信号频率高的FPGA芯片,在满足测频的精度的要求下,可以提高测试系统的速度。较之单片机实现整个测试系统,采用FPGA实现的方式具有抗干扰性强,工作稳定可靠等特点。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-11
  1.1 课题背景和意义  7-8
  1.2 本文主要工作  8
  1.3 本文内容安排  8-9
  1.4 本章小结  9-11
第二章无人机大气数据系统的理论基础  11-19
  2.1 大气数据系统功能要求  11-12
  2.2 无人机大气数据系统的组成  12
  2.3 气压高度的计算原理  12-17
    2.3.1 国际标准大气  13-14
    2.3.2 气压高度公式的推导  14-17
  2.4 本章小结  17-19
第三章 FPGA设计基础知识  19-25
  3.1 可编程逻辑器件  19-21
  3.2 采用硬件描述语言的设计流程  21-23
    3.2.1 自顶向下(Top-Down)设计  21
    3.2.2 FPGA的设计过程  21-23
  3.3 行为建模的算法状态机和数据通道图  23-24
    3.3.1 ASM图  23-24
    3.3.2 ASMD图  24
  3.4 本章小结  24-25
第四章气压高度测试系统设计  25-51
  4.1 测试系统的总体设计要求  25
  4.2 系统的基本结构  25-26
  4.3 控制模块的设计  26-28
    4.3.1 系统控制方式  26-27
    4.3.2 控制模块结构和功能仿真  27-28
  4.4 测频模块的设计  28-33
    4.4.1 测频原理及误差分析  28-30
      4.4.1.1 周期测频法  28-29
      4.4.1.2 直接测频法  29
      4.4.1.3 等精度测频法  29-30
    4.4.2 等精度测频实现的ASMD流程图  30-32
    4.4.3 测频模块结构和仿真结果及分析  32-33
  4.5 除法模块的设计  33-38
    4.5.1 除法算法原理  34-35
    4.5.2 除法模块实现的ASMD流程图  35-37
    4.5.3 除法模块结构和仿真结果及分析  37-38
  4.6 线性插值模块的设计  38-41
    4.6.1 函数解算  38-39
    4.6.2 线性插值法原理  39-40
    4.6.3 线性插值模块参数选取  40-41
  4.7 乘法模块的设计  41-46
    4.7.1 乘法算法原理  42-43
    4.7.2 乘法模块实现的ASMD流程图  43-44
    4.7.3 乘法模块结构和仿真结果及分析  44-46
  4.8 显示模块的设计  46-49
    4.8.1 扫描时钟的设计  46-47
    4.8.2 显示模块结构和仿真结果及分析  47-49
  4.9 本章小结  49-51
第五章总体仿真验证  51-59
  5.1 系统总体仿真  51-53
  5.2 结果分析  53-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章结论  59-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65-67
附录A 参数计算说明  67-70
  A.1 计算线性插值模块系数的MATLAB脚本  67
  A.2 线性插值系数K(Ⅰ)  67-68
  A.3 VERILOG HDL代码中系数K  68
  A.4 VERILOG HDL代码中系数B  68-69
  A.5 VERILOG HDL代码中频率分段点  69-70
附录B 显示模块译码说明  70-71
  B.1 译码原理  70-71
西北工业大学业学位论文知识产权声明书  71
西北工业大学学位论文原创性声明  71

基于FPGA的无人机大气数据简易系统研究

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