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- UID
- 1029342
- 性别
- 男
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为保障系统具有大规模数据处理能力，同时具有实时性的特点，导航计算机的核心器件选用了TI公司推出的高速浮点处理器DSP芯片TMS 320C6713。作为导航计算机的核心控制部件，该芯片工作的主频为200 MHz，单指令执行周期为5 ns；定点浮点运算能力强大，运算速度能达到1 600 MIPS／1 200 MFLOPS。作为数据运算系统，TMS320C6713不仅保证了导航运算的速度和精度，同时丰富的系统应用外设及多种标准接口，方便导航计算机与外部传感器进行数据交互。快速的中断处理性能可保障导航计算机多个接口的传输速率。
为满足多个数据接口的数据传输需要，采用XILINX公司的现场可编程门阵列FPGA芯片XQ4013E4PG223M，设计完成了系统的复位功能、逻辑译码功能、外部接口管理和移位脉冲计数功能。FPGA芯片的使用，方便了功能电路的集成，在不增加硬件电路的情况下，通过模块化的VHDL设计，适应了导航功能电路的变化。通过采用基于VHDL的计数脉冲滤波、采样及自测试技术，提高了输入信号的采集精度，对提高整个激光捷联惯导系统的定位精度提供了支撑，实现了高精度、通用化和小型化。
惯性器件的输出信号采样频率决定了捷联解算的精度和速度。根据实时性要求，系统每1 ms采集一次陀螺脉冲和加速度计的数据，DSP芯片每10ms进行1次导航数据解算。因此选用高效的AD1674和OP200电路对加速度计采集到的信号进行模数转换，将采集到的0～5V电压信号转换为数字信号，存储于内部数据缓冲区内供DSP芯片进行数据处理。AD1674是12位A／D转换器，具有10 V参考输入，时钟输入和三态输出的微处理器接口，具有采样／保持功能，可对快速传输的交／直流信号进行直接转换，转换时间不大于15μs。AD1674芯片可以在两种模式下工作，全控制模式和独立模式，设计中选用独立工作模式，数据转换由R／C信号控制。
光纤陀螺输出信号是脉冲信号，x，y和z轴分别输出正反2路信号，信号为GPOXP，GPOXN，GPOYP，GPOYN，GPOZP，GPOZN。定时周期内正反信号脉冲个数的差和标度因数的积即为该轴向陀螺的角速度。光纤陀螺的计数功能模块如图3所示。
光纤陀螺的脉冲信号经信号调理电路进入计数器模块。计数器模块由5片定时器芯片8254实现14路16位计数器。5片芯片共用I／O地址空间，使能端长有效，输入时钟通过二选一电路来选择输入信号。6路脉冲信号工作，同时计数，确保光纤陀螺输入参数的准确性和实时性。脉冲信号计数和光纤陀螺之间在FPGA中以VHDL代码形式描述。
GPOXP<=DRP AND (NOT GPOX) AND C(0)；
GPOXN<=DRP AND (NOT GPOX) AND C(1)；
GPOYP<=DRP AND (NOT GPOY) AND C(2)；
GPOYN<=DRP AND (NOT GPOY) AND C(3)；
GPOZP<=DRP AND (NOT GPOZ) AND C(4)；
GPOZN<=DRP AND (NOT GPOZ) AND C(5)；
其中，GPOX，GPOY，GPOZ分别为8254芯片3个定时器／计数器输出信号；GPOXP，GPOXN，GPOYP，GPOYN，GPOZP，GPOZN分别经过5406反相输出后，依次对应CTRLGX+，CTRLGX-，CTRLGY+，CTRLGY-，CTRLGZ+，CTRLGZ-信号。
陀螺脉冲、加表脉冲和抖频脉冲是外部传感器的输入信号，是导航计算机的“眼睛”，计数要求最大计数频率为1MHz，计数精度为±1，导航计算机依靠解析这些信号进行定位，各导航系统的信息通信是否通畅、精确直接影响导航系统的性能，因此对这些信号的处理及可靠性要求非常高。如果这些电路出现故障，导航计算机则几乎无法使用；如果处理器采集的数据误差大，导航计算机的定位将不够准确，因此该部分电路是导航计算机的设计关键。针对这部分关键电路设计了专用测试电路。在系统加电初始化完成后，通过软件控制，硬件将输出标准的脉冲信号切换到传感器脉冲信号的输入端，然后进行数据采样，观察测试数据的准确性是否满足系统要求，实现了功能电路的自测试。
光纤陀螺的参数通过RS 422接口传递给处理器解算。RS 422电路由一片8252实现一路串行接口，通过MAX488芯片实现RS 422接口的转换，可实现最高1 Mb／s的数据传输速率。支持点对多的双向通信，数据信号采用全双工差分方式实现，信号的方式与接收在同一时刻进行而互不干扰，提高系统的响应速度。
ARINC429数据总线是为航空电子系统通信规定的航空工业标准，它为系统互联提供统一平台，担负着交联各个电子设备的重要责任。RS 429电路选用Harris公司的HSI3182和HSI3282，实现ARINC429数据接口的扩展，接收和发送中断均连接至系统中断控制器。传输的位速率为100 Kb／s，保障了各系统间的数字信息快速而可靠的传输。
导航计算机与上位机之间以RS 232串口形式进行数据交互，完成软件调试和串行通信(包括初始化参数的装载、导航功能的选择和导航功能的输出)。DSP芯片通过扩展异步串行接口，形成两路UART实现异步全双工串口通信，传输速率可达1．5 Mb／s。TTL电平和RS 232电平转换通过MAX232芯片实现。 |
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