PSoC在光纤陀螺脉冲输出采集中的应用

陀螺仪是一种测量运动物体相对惯性空间旋转的装置。以陀螺仪为核心的惯性测量系统在飞行器控制与制导，空中、海上和陆上导航／定位中都起着至关重要的作用。作为新型陀螺，光纤陀螺得到了迅速的发展和应用。光纤陀螺(FOG)是利用光纤构成的一种环状干涉仪，属纯光学、静止型陀螺，通过萨格奈克(Sagnac)效应来实现旋转角速度的检测。由于光纤陀螺突出的技术特点和应用背景，光纤陀螺将在惯性元件领域占有非常重要的位置。光纤陀螺脉冲输出的采集，对于检验陀螺性能、提高陀螺精度、增强产品可靠性，具有重要作用。

1 PSoC简介
2003年Cypress半导体公司推出了可编程片上系统(Programmable System on Chip，PsoC)，它不但集8位微控制器、可编程数字阵列和可编程模拟阵列为一体，而且实现了“在系统可编程”，既满足了一般电子系统的资源要求，又顺应了现代电子设计方法的发展方向，是第一种真正具有混合信号处理能力的片上系统(SoC)。
PSoC是一种可编程的半导体器件，与现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)、在系统可编程模拟器件ispPAC(InSys-tem Programmable Arialog Circuit)和单片机相比，具有如下特点：
1)PSoC综合FPGA和ispPAC的功能为一体，既具有FPGA的可编程数字阵列，又具有ispPAC的可编程模拟阵列，即具有处理数字和模拟两种信号的能力。此外，PSoC所具有的A／D、D／A用户模块解决了两个阵列的接口问题。
2)PSoC有1个8位的微处理器，可以方便地实现系统设计。尽管FPGA可以通过设计，实现一个软核微控制器或微处理器，但是增加了系统设计的难度。
3)与ispPAC相同，PSoC不需要编程器，就能够在系统运行过程中编辑，用以修改和重构电子系统，使用灵活方便。
4)虽然也可将PSoC视为1个8位的微控制器，即8位单片机。但是与一般单片机不同的是，它几乎不需要外部电路，一片PSoC就可实现一个电子系统。而且PSoC具有比一般单片机更多的内部资源，如低电压监测电路(Low Voltage Detect，LVD)、开关式升压泵(Switch Mode Pum-p，SMP)、内部精密参考电压(Intemal Voltage Reference)等。另外，PSoC同时具有片内和片外系统时钟源，可以不需要外部晶体振荡器即可自行工作。
PSoC的以上特点，使其在小型系统设计方面正在得到越来越广泛的应用。

2 系统核心器件CY29666-24VXI
本系统采用PSoC芯片CY29666-24PVXI，来实现对光纤陀螺脉冲输出的采集。芯片CY29666-24PVXI的结构框图如下图1所示。它由4部分构成：PSoC Core、数字系统(Digital System)、模拟系统(Analog System)和系统资源(System Resources)。其中，PSoC Core是PSoC器件的核心部分，包括M8C微处理器、SROM、32 K字节Flash、2 K字节SRAM、中断控制器、可编程的多时钟源、休眠计时器及看门狗等；数字系统和模拟系统并存，是PSoC芯片的独特之处。CY29666-24PVXI中有16个数字PSoC用户模块，如计数器功能模块、定时器功能模块、脉宽调制功能模块等：12个模拟PSoC用户模块，如A／D、D／A、可编程增益放大器等；CY29666-24PVXI提供的系统资源包括：数字时钟、乘法加法器、采样
抽取器、主从及多主模式的I2C、上电复位(Power on Reset，POR)和低电压检测电路(Low Voltage Detect，LVD)、系统复位电路、内部参考电压等。

3 系统硬件设计及硬件模块的配置
本系统的硬件部分包括信号预处理模块、脉冲采集模块及液晶显示模块，其总的框图如下图2所示。

3．1 信号预处理部分
脉冲信号是一种短暂、跃变的，达到一定跃变幅度的电信号。而对于输出信号为脉冲信号的光纤陀螺，为提高其输出信号的抗干扰性，本系统在光纤陀螺与PSoC器件之间加了一个光电耦合器HCPL-2630，完成信号的预处理。
光电耦合器对输入、输出电信号起隔离作用，HCPL-2630一般由3部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用。
由于光耦合器输入输出问互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。