NIOS及FPGA在惯组测试中的应用研究

【摘要】针对惯导组件产品测试中多种信号输出的测量需求,本文设计了一种基于FPGA和NIOS的双模式惯导组件测试系统。实现即能对4个惯导组件输出的48路脉冲进行频率测量,又可以接收8个惯导组件输出的8路RS-422串口数据,采集得到的数据通过USB总线上传给测控计算机,由计算机处理和显示数据。论文首先概述了惯性导航系统、惯组测试技术及惯组数据采集的国内外研究现状,然后论述了主要研究内容和系统设计方案,并对各设计方案优缺点进行了比较,最终确定了FPGA+USB的硬件设计方案。FPGA控制数据采集,USB实现高速数据传输,上位机编写应用程序对上传的数据处理。该系统的设计主要由硬件设计和软件设计两部分构成。硬件电路主要使用Altera公司的CycloneIIIEP3C16Q240C8型号的FPGA芯片和Cypress公司的CY7C68013型号USB芯片作为核心。在FPGA中使用Verilog语言编写数字滤波模块和48路脉冲计数器模块,并基于SOPC思想建立了一个带有8个UART模块的NiosⅡ软核处理器,通过软核来控制脉冲和串口数据的采集、传输,最终数据通过USB芯片上传到测控计算机。软件设计主要包括下位机程序、USB固件程序和上位机应用程序的设计。下位机程序主要对NIOS进行开发,通过编程实现双模式的切换,脉冲和串口数据的接收,并将数据通过USB总线上传至上位机。固件程序主要用于控制USB芯片,完成FIFO数据的发送和上、下位机之间命令的传送。上位机应用程序利用VC++6.0开发MFC界面,完成对USB上传数据的接收、存储、解算和显示。最后对测试系统进行调试,介绍了调试过程和结果,对接收的数据进行了误差分析。实验结果表明,本系统能够测量惯导组件输出的48路脉冲信号和接收8路RS-422串口数据,系统能够长期稳定的运行。该设计降低了采集电路复杂度,提高了惯组测试效率和采集系统的可靠性、稳定性,可以作为惯导组件测试的新型设备。
【作者】彭彦；
【导师】张志文；
【作者基本信息】西安工业大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】惯导组件；FPGA；NIOS；USB；数字滤波；数据采集；VC++6.0；

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