基于FPGA的惯导系统温控电路接口设计

摘要：本文介绍了一种基于FPGA的光纤陀螺惯导系统温控电路接口设计。主要说明了温控电路整体结构,温控电路工作流程,FPGA与外围电路的通信接口和FPGA的逻辑设计等几个方面。

1 引言

采用光纤陀螺的捷联惯性导航系统是一种极具发展潜力的导航系统，对于其核心部件的光纤陀螺，尤其是中高精度光纤陀螺，环境温度带来的漂移是不容忽视的，因此对系统进行温度控制很有必要。温度控制电路是整个温控系统的硬件基础，其中涉及到温度采集，与微处理器通信，串口输出，控制数模转换芯片等多个组成部分。本文提出一种高效实用的FPGA 接口设计，它能够完成协调各个组成部分有序工作，准确、快速实现数据传输，严格控制信号时序等工作。

2 温控电路整体结构

温控电路的整体结构框图如图1 所示。其中包括七路温度传感器，DSP， 232 接口芯片，DAC ，后端控制电路，上位机和FPGA 等多个组成部分。FPGA 接口是整个电路的核心。

图1 温控电路的整体结构框图

其中，温度传感器采用DALLAS 公司的DS18B20，它采用1-wire 总线协议，仅需1 根数据线进行通信。DSP 采用TI 公司的TMSVC33,它可以实现高速浮点运算。232 接口芯片采用MAXIM 公司的MAX3232，支持高达120kbps 的传输速率。DAC 采用TI 公司的TLV5620I，它是通过4 条串行信号控制的8 位4 路数模转换芯片。FPGA 选用ALTERA 公司的ACEX 系列的EP1K100，它时钟频率高，具有丰富内部资源，提供大量可编程IO 管脚，配置十分方便。基于FPGA 的温控电路接口在整个电路中具有非常重要的作用。FPGA 本身的高速并行结构为整个电路的性能提供了可靠保证。

3 温控电路工作流程

温控电路的工作流程如图2 所示。FPGA 与七路温度传感器通信，读取温度值，并存储于内部存储器中，每秒更新一次。FPGA 发送中断信号通知DSP 读取FPGA 中存储的温度值，DSP 根据当前温度值和控制算法计算出控制量。而后将温度值和控制量打包成一帧数据发送给FPGA。FPGA 将DSP 发送来的数据存储在内部存储器后，对数据进行操作，生成输出信号。

FPGA 一方面将数据串行发送给232 接口芯片，然后通过232 串口发送给上位机。上位机可通过监视软件实时观测温度值和控制量的变化情况，方便系统调试与*估；另一方面从数据中提取出控制量，将其串行输出到DAC，数字控制信号经过DA 转换后输出模拟控制电压到后端控制电路，实现对七路温度的闭环控制。

图2 温控电路的工作流程