一種基于cpld開發的多路光學陀螺儀同步采集系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，復雜可編程邏輯器件)開發的多路光學陀螺儀同步采集系統，屬于光學陀螺儀信息采集的技術領域，適用于采集接口電路為RS422標準的各類光學陀螺儀，特別適用于同步采集多路光學陀螺儀。
【背景技術】
[0002]—般的，慣性導航系統的測試和工作過程中均需要對多個陀螺儀進行同步采集和處理，尤其是采用了器件冗余方案的慣性導航系統，往往需要同時采集四個以上陀螺儀的測量信息。此外，隨著光學陀螺儀的發展和進步，按RS422標準設計接口電路的激光陀螺儀和光纖陀螺儀正在大范圍地占領慣性器件的應用市場。
[0003]目前，公知的光學陀螺儀采集系統多以數字信號處理器為核心進行測量信息的采集和處理，即便采集系統中涉及了 CPLD輔助電路，也僅僅是利用了 CPLD發送觸發信號、綜合中斷處理信號等簡單邏輯功能，數據的讀取、校驗、解碼和綜合處理的繁雜工作仍由數字信號處理器完成，這一方面占用數字信號處理器大量的控制信號端口和計算資源;另一方面，操作串口擴展電路的復雜時序要求也對數字信號處理器的程序邏輯和中斷設置提出了苛刻的要求，特別是在采集多路測量信息時，數字信號處理器順序執行操作的特點容易造成串口擴展電路的控制時序被中斷干擾和讀取等待時間過長的問題，進而產生緩存數據溢出或數據丟失的現象;此外，目前公知的以數字信號處理器為核心的采集系統的拓展性能還不夠理想，當增加信息采集通道時，需要對整個采集系統的時序邏輯、中斷設置、端口設置等進行大規模的調整，甚至推倒重來的重新設計，往往無法在原有設計的基礎上實現快速、有效拓展。
【發明內容】
[0004]本發明旨在克服現有多路光學陀螺儀同步采集系統的不足，針對采集接口電路為RS422標準的各類光學陀螺儀，提出一種基于CPLD開發的多路光學陀螺儀同步采集系統，利用串口擴展電路和由CPLD編程實現的控制電路同步觸發、接收、讀取、校驗、解碼、綜合處理多路光學陀螺儀的測量信息，結構簡單，可拓展性強，在實現數據高速、可靠采集的同時，大大簡化了數字信號處理器的工作任務，放寬了時序要求。
[0005]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種基于CPLD開發的多路光學陀螺儀同步采集系統，適用于采集接口電路為RS422標準的各類光學陀螺儀，可與數字信號處理器共同搭建成為慣性測量單元采集系統，包括串口擴展電路(I)和由CPLD編程實現的控制電路(2)，所述串口擴展電路(I)通過數據總線和控制信號線與由CPLD編程實現的控制電路(2)互連，串口擴展電路(I)接收光學陀螺儀輸出的角增量、溫度和時標信息，將RS422標準的串行數據暫存在芯片的內部緩存中，每路采集通道在完整采集完一幀陀螺儀測量信息后，發出與之對應的中斷處理信號給由CPLD編程實現的控制電路(2)，并在由CPLD編程實現的控制電路(2)的時序控制下，完成向由CPLD編程實現的控制電路(2)的并行數據發送；
[0006]所述由CPLD編程實現的控制電路(2)通過數據總線和控制信號線與串口擴展電路(I)互連，通過觸發信號線與光學陀螺儀互連，預留可與數字信號處理器高速通訊的數據總線端和地址總線端，上電啟動后由CPLD編程實現的控制電路(2)首先通過數據總線和控制信號線自動初始化串口擴展電路(I)，然后通過觸發信號線向光學陀螺儀持續發送同步觸發信號，并在收到串口擴展電路(I)的中斷處理信號后，通過操作串口擴展電路(I)的控制端口，將串口擴展電路(I)緩存中的陀螺儀測量信息以并行數據的方式讀入由CPLD編程實現的控制電路⑵中，在校驗原始測量信息的幀頭、幀尾、校驗位、時標信息后，將測量信息從一幀的多個字節中解碼重組，做累加或平均處理，并分類存儲在由CPLD編程實現的控制電路(2)的內部寄存器中，供后端數字處理器通過數據總線端和地址總線端讀取調用。
[0007]其中，所述的串口擴展電路(I)采用的芯片是SC16C554。
[0008]其中，所述的由CPLD編程實現的控制電路(2)采用的芯片是EPM2210。
[0009]本發明的原理在于:
[0010]以激光陀螺儀和光纖陀螺儀為代表的光學陀螺儀一般按RS422標準設計接口電路，并需要固定頻率的觸發信號輸入，從而要求這類光學陀螺儀在使用過程中必須先對其發送觸發信號，然后讀取測量信息，再發送觸發信號，再讀取測量信息，如此循環往復，換句話說，即需要在兩個相鄰觸發信號之間的時間間隔內完成測量信息的讀取。一般而言，對于慣性導航系統或慣性測量單元采集系統，系統的采集計算頻率與觸發頻率一致，這就要求陀螺儀測量信息的讀取、校驗、解碼、綜合處理等工作高速、可靠、高效地完成，以便為脈沖采集、AD讀取、導航解算、通訊等其他工作任務留足處理時間，尤其在面對多器件的余度慣性導航系統或多器件同步采集任務時，更加要求采集系統還需具備較好的拓展性。
[0011]基于芯片SC16C554開發的串口擴展電路能夠迅速將光學陀螺儀輸出的RS422標準的串行數據轉換為可高速通訊、處理的并行數據;而基于CPLD開發的控制電路能夠將內部同步時鐘復制到多個發送端，可同步觸發多個光學陀螺儀，控制電路可同時并行控制多個SC16C554芯片，能夠高速讀取芯片緩存內多個字節的并行數據，并對一幀完整的測量信息進行校驗、解碼、綜合處理，整個過程無中斷干擾，進而實現對測量信息的高速、可靠處理。CPLD通用端口豐富，可模塊化增加多路采集通道，各控制進程可并行運行，相互獨立，因而具有極強的拓展性。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0013]1、本發明通過串口擴展電路和由CPLD編程實現的控制電路，可獨立采集測量信息，有利于功能的模塊化設計，減少數字信號處理器的負擔；
[0014]2、本發明中以由CPLD編程實現的控制電路為核心，時序穩定，運行速度快，無中斷干擾，實現對測量信息的高速、穩定、準確采集；
[0015]3、本發明中由CPLD編程實現的控制電路具有眾多通用端口，內部各進程相互獨立，可在不影響整個系統時序的情況下為原有設計模塊化增加多路采集通道，具有極強的拓展性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的系統結構不意圖；
[0017]圖2為本發明具體實施例的詳細信號處理示意圖；
[0018]圖3為本發明具體實施例的CPLD電路和串口擴展電路原理圖；
[0019]圖4為本發明具體實施例的光學陀螺儀的電路接口原理圖；
[0020]圖5為本發明的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述。本發明以同步采集6路光學陀螺儀的測量數據為例進行說明。
[0022]如圖1所示，各功能框圖和箭頭的連接方向代表了本發明的基本原理和信號控制關系。本發明所述系統由串口拓展電路I和由CPLD編程實現的控制電路2構成。其中，串口擴展電路I通過RS422標準的接口電路接收6路光學陀螺儀的測量信息；由CPLD編程實現的控制電路2通過觸發信號線與6路光學陀螺儀互連，通過控制信號線與數據總線對串口擴展電路I交聯，通過預留的數據總線和地址總線接口與其他數字信號處理器交聯。
[0023]圖2為本發明具體實施例的詳細信號處理圖。6路光學陀螺儀輸出的角增量、溫度和時標信息經422收發器從RS422標準的差分串行數據轉換為單線串行數據后，進入串口擴展電路I的串行數據接收端RXA、RXB、RXC、RXD，串口擴展電路I以字節為單位將串行數據轉換為并行數據后，暫存在芯片SC16C554的內部緩存FIFO中，每路采集通道在完整采集完一幀陀螺儀測量信息的多個字節后，發出與之對應的中斷處理信號給由CPLD編程實現的控制電路2，等待由CPLD編程實現的控制電路2進行讀取控制操作。所述由CPLD編程實現的控制電路2的通用輸入輸出端口 1配置為多組并行數據端口和多組控制端口，通過數據總線和控制信號線與串口擴展電路I互連；由CPLD編程實現的控制電路2的同步時鐘發送端Gl_Syn+/-、G2_Syn+/-、G3_Syn+/-、G4_Syn+/-、G5_Syn+/-、G6_Syn+/_ 通過觸發信號線與 6 路光學陀螺儀互連。由CPLD編程實現的控制電路2預留可與數字信號處理器高速通訊的數據總線端XDO?XD15和地址總線端XAO?XA5。圖中