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光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现

作　者: 张立华
导　师: 孙枫
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 光纤陀螺 捷联惯性导航 DSP FPGA
分类号: U666.123
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


光纤陀螺捷联惯性导航系统是当前船舶导航系统的一个重要的发展方向,为适应其微型化、高性能的要求,拓宽光纤陀螺捷联系统的应用领域,本文以此为背景,主要研究如何用数字处理芯片(DSP)和可编程逻辑阵列器件(FPGA)作为数字平台,实现光纤陀螺捷联系统硬件平台的硬件、软件设计。首先,论文阐述了光纤陀螺捷联系统硬件平台的国内外发展现状,及研究的背景和意义,论述了光纤陀螺原理、特点,介绍了捷联惯性系统构成及光纤陀螺捷联惯导系统的组成。其次,研究了光纤陀螺捷联系统硬件平台的需求,讨论了平台的硬件设计,绘制了原理图和PCB图。从DSP选型入手,分析了选择TMS320C6713B作为系统核心处理芯片相对于VC33带来的显著优势,给出了选择新型DSP芯片的理由,并介绍了DSP外围电路设计,给出了DSP相关软件的设计过程,在CCS编译环境下,分别介绍了各个功能模块的结构特点和编程实现,编程方式以C语言编程为主,结合汇编语言,编写了中断服务程序、系统自启动程序等。然后,介绍了FPGA特点及相关外围电路设计,在ISE、ModelsimXE等软件环境下,给出了用FPGA实现相关模块的程序设计,包括液晶显示接口控制器、数据压缩和SD卡控制器等,实现了对系统的有效控制,良好的实现了硬件平台的功能。最后,根据硬件平台的调试环境和技术要求,对硬件电路系统进行了调试验证,并给出了调试结果,结果符合硬件设计的要求,达到了预期的目标,满足光纤陀螺捷联惯导系统所要求的高精度、实时性和稳定性等要求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 国内外的研究现状  11-20
    1.1.1 光纤陀螺的研究及应用现状  13-17
    1.1.2 船用光纤陀螺捷联惯性系统的发展  17-20
  1.2 课题的研究背景及意义  20
  1.3 本文研究的主要内容  20-21
第2章 光纤陀螺捷联系统硬件平台的理论基础  21-25
  2.1 光纤陀螺的原理与特点  21
  2.2 捷联惯性系统简介  21-23
  2.3 光纤陀螺捷联惯导系统的组成  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 捷联系统硬件平台的硬件设计  25-45
  3.1 需求分析  25-26
  3.2 总体方案设计  26
  3.3 DSP相关电路设计  26-36
    3.3.1 DSP芯片选型  26-28
    3.3.2 DSP工作模式配置  28
    3.3.3 I~2C总线接口电路  28-29
    3.3.4 电源电路  29-30
    3.3.5 复位电路  30-31
    3.3.6 存储器的扩展  31-34
    3.3.7 时钟电路  34-35
    3.3.8 JTAG 仿真口的设计  35-36
  3.4 FPGA相关电路设计  36-44
    3.4.1 FPGA 芯片简介  36-38
    3.4.2 XC3S400器件的特点及其配置电路  38-39
    3.4.3 液晶显示接口设计  39-41
    3.4.4 SD存储  41-42
    3.4.5 数据采集  42-43
    3.4.6 数据通信  43
    3.4.7 FPGA与DSP的接口设计  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 捷联系统硬件平台的软件设计  45-65
  4.1 DSP相关程序设计  45-52
    4.1.1 DSP开发流程与开发环境  45-47
    4.1.2 DSP启动加载设计和代码固化  47-50
    4.1.3 平台的控制程序流程  50-51
    4.1.4 中断程序的编制  51-52
  4.2 FPGA相关程序设计  52-64
    4.2.1 FPGA开发平台简介  52-55
    4.2.2 FPGA 的设计流程  55-57
    4.2.3 液晶显示接口设计  57-61
    4.2.4 数据压缩与SD卡控制器  61-64
  4.3 本章小结  64-65
第5章 捷联系统硬件平台的调试  65-75
  5.1 硬件平台的调试环境  65-66
  5.2 硬件平台的技术要求  66
  5.3 硬件平台的调试方法和步骤  66-71
    5.3.1 电路板电源基本测试  66-67
    5.3.2 Flash和SDRAM调试  67-68
    5.3.3 FPGA下载测试  68-71
  5.4 硬件平台的调试结果分析  71-72
  5.5 调试过程中遇到的问题  72-74
  5.6 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80-81
附录 A 硬件平台的PCB图  81-82
附录 B 硬件平台的实物图  82

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 导航设备、水声设备 > 导航设备 > 惯性导航系统 > 陀螺仪
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