1、進(jìn)機(jī)號(hào) 分類(lèi)號(hào) 所藏號(hào) 密別 階段 標(biāo)記 名稱(chēng)名稱(chēng) hy-2 陀螺陀螺 ltu 線路盒專(zhuān)線路盒專(zhuān) 用測(cè)試設(shè)備用測(cè)試設(shè)備 方案設(shè)計(jì)報(bào)告方案設(shè)計(jì)報(bào)告 編號(hào)編號(hào) 共共 頁(yè)頁(yè) 編編 寫(xiě)：寫(xiě)： 校校 對(duì)：對(duì)： 審審 核：核： 會(huì)會(huì) 簽：簽： 標(biāo)標(biāo) 檢：檢： 批批 準(zhǔn)：準(zhǔn)： 北京康拓科技開(kāi)發(fā)總公司北京康拓科技開(kāi)發(fā)總公司 目錄目錄 1概述概述.6 2引用文件引用文件.6 3需求分析需求分析.6 3.1整體結(jié)構(gòu).6 3.2專(zhuān)用電源.7 3.3測(cè)控箱.7 3.3.1脈沖采樣要求.7 3.3.2恒流源要求.7 3.3.3模擬信號(hào)測(cè)量要求.8 3.4計(jì)算機(jī).8 3.4.1測(cè)控箱前面板.8 3.4.2測(cè)控箱后面板.9

2、 3.5被測(cè)對(duì)象總結(jié).9 4測(cè)試設(shè)備硬件方案設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)備硬件方案設(shè)計(jì).9 4.1測(cè)控箱.9 4.1.1apci5096.11 4.1.2gx5871.11 4.1.3gx5872.12 4.1.4gxrcio.13 4.1.5apci5488.13 4.1.6apci5487.14 4.1.7gx5488.14 4.1.8gxjdq.15 4.1.9ztli1.15 4.1.10前面板設(shè)計(jì).16 4.1.11后面板設(shè)計(jì).17 4.2電源箱.18 4.2.1電源輸入指標(biāo).18 4.2.2輸出電壓及功率.18 4.2.3調(diào)整率.18 4.2.4顯示精度.18 4.2.5保護(hù)功能.18 4.2.6輸

3、出紋波.19 4.2.7程控.19 4.3上位機(jī).19 4.4溫度傳感器.20 4.5展開(kāi)箱.20 4.6測(cè)試電纜.20 5信號(hào)處理方法信號(hào)處理方法.21 5.1單脈沖信號(hào)輸出.21 5.2脈沖寬度采集.22 5.3連續(xù)脈沖輸出.22 5.4個(gè)數(shù)脈沖輸出.23 5.5連續(xù)脈沖計(jì)數(shù).24 5.6定時(shí)脈沖計(jì)數(shù).24 5.7觸發(fā)脈沖計(jì)數(shù).25 5.8動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速采集.25 5.9異步串口發(fā)送.27 5.10異步串口接收.29 5.11串口應(yīng)答.30 6軟件方案軟件方案.33 6.1軟件需求分析.33 6.2軟件開(kāi)發(fā)與運(yùn)行平臺(tái).33 6.3測(cè)控箱軟件設(shè)計(jì)方案.33 6.4測(cè)控箱軟件主要模塊流程圖.33

4、6.5計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案.33 7接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì).33 7.1機(jī)械接口.33 7.2電接口.33 7.2.1rs422接口電路.33 7.2.2脈沖輸出.34 7.2.3脈沖輸入.35 7.2.4模擬量采集.35 7.2.5模擬量輸出.36 7.2.6恒流源輸出.36 7.2.7電源電壓調(diào)理.36 7.2.8電源電流調(diào)理.37 7.2.9繼電器控制.37 8可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì).38 9安全性設(shè)計(jì)安全性設(shè)計(jì).38 9.1對(duì)測(cè)試人員的安全性設(shè)計(jì).38 9.2對(duì)被測(cè)對(duì)象的安全性設(shè)計(jì).38 9.3對(duì)測(cè)試設(shè)備的安全性設(shè)計(jì).39 10熱設(shè)計(jì)熱設(shè)計(jì).39 11可維修性設(shè)計(jì)可維修性設(shè)計(jì).40 12可校準(zhǔn)性

5、設(shè)計(jì)可校準(zhǔn)性設(shè)計(jì).41 13電磁兼容性設(shè)計(jì)電磁兼容性設(shè)計(jì).41 14產(chǎn)品售后服務(wù)產(chǎn)品售后服務(wù).42 15遺留問(wèn)題遺留問(wèn)題.42 16結(jié)論結(jié)論.42 附錄附錄 a 設(shè)備清單設(shè)備清單.43 附錄附錄 b 文件清單文件清單.44 comment a1: 注意，該部分為 需求分析，是分析任務(wù)書(shū)需 求，而不是簡(jiǎn)單的復(fù)值任務(wù) 書(shū)。 1 概述概述 本文根據(jù)zy-3 慣性姿態(tài)敏感器地面測(cè)試設(shè)備任務(wù)介紹了并 zy-3 慣性姿態(tài)敏感器地面測(cè)試設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)試設(shè)備）的設(shè)計(jì)， 主要內(nèi)容包括：方案選擇、系統(tǒng)組成、工作原理、對(duì)外接口、可靠 性、安全性以及其它方面的描述。 2 引用文件引用文件 任務(wù)書(shū)編號(hào)xx 測(cè)試設(shè)備任

6、務(wù)書(shū) gjb1622-93航空電氣和電子設(shè)備的測(cè)試設(shè)備通用規(guī)范 gjb450a-2004裝備可靠性工作通用要求 qj2109.2-91專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備通用設(shè)計(jì)要求 q/w 416-93衛(wèi)星電氣測(cè)試設(shè)備安全要求 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) q/hdktk002-2007apci5000 系列工業(yè)控制機(jī)技術(shù)規(guī)范 3 需求需求分分析析 3.13.1整體需求整體需求 總體描述測(cè)試設(shè)備的需求，并提供測(cè)試系統(tǒng)整體框圖。一般可 從任務(wù)書(shū)中提煉。 3.23.2功能與組成功能與組成 較為詳細(xì)地描述測(cè)試設(shè)備的需求，一般可從任務(wù)書(shū)中提煉。 測(cè)試設(shè)備包括測(cè)控箱、專(zhuān)用電源、計(jì)算機(jī)、高精度數(shù)字電壓表 和存儲(chǔ)示波器、高精度低速轉(zhuǎn)臺(tái)、陀螺測(cè)試工裝

7、等。測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖如圖 1 所示 comment a2: 任務(wù)書(shū)要求的各 組成部分，和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 comment a3: 描述被測(cè)對(duì)象 comment a4: 電源整體指標(biāo)， 有其他要求時(shí)，也一并列出 被測(cè)試產(chǎn)品 計(jì)算機(jī) 專(zhuān)用電源 測(cè)控箱 陀螺組件2 陀螺線路2 （6通道） 陀螺組件1 陀螺線路1 （3通道） 圖 1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 被測(cè)對(duì)象含 4 件產(chǎn)品：陀螺組件 1 和陀螺線路 1 為 3 通道慣性 姿態(tài)敏感器、陀螺組件 2 和陀螺線路 2 為 6 通道慣性姿態(tài)敏感器。 3.33.3 設(shè)備各組成部分的性能指標(biāo)或要求設(shè)備各組成部分的性能指標(biāo)或要求 較為詳細(xì)地描述測(cè)試設(shè)備的性能指標(biāo)要求，一

8、般可從任務(wù)書(shū)中 提煉。 3.3.1 專(zhuān)用電源專(zhuān)用電源 根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，本測(cè)試設(shè)備需為被測(cè)對(duì)象提供 n 路電源。 指標(biāo)如下： 通道電壓值范圍電流精度紋波 電源 128v 15 10a1750mv(p-p) 電源 220v 15 2.5a1200mv(p-p) 3.3.2 脈沖采樣要求脈沖采樣要求 測(cè)控箱可以對(duì)陀螺輸出的 42 路脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以設(shè)置采 樣頻率、采樣個(gè)數(shù)，并在測(cè)控箱前面板顯示。脈沖計(jì)數(shù)可以設(shè)為定 周期模式或者累加模式，可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行采集控制和 顯示、存儲(chǔ)處理。采樣計(jì)數(shù)周期從 0.05s1min 可以設(shè)定。定時(shí)精度 comment a5: 列出通道數(shù)量和 各信號(hào)的技

9、術(shù)指標(biāo)。 comment a6: 同上 comment a7: 同上 要求優(yōu)于 10-5秒，脈沖計(jì)數(shù)精度10-5。脈沖量特性見(jiàn)表 1。 表 1脈沖量特性 脈沖高電平脈沖低電平脈沖寬度輸出阻抗脈沖頻率通道數(shù) 陀螺線路 145.5v01.0v 45s150k 050khz6 陀螺線路 2812v01.0v 45s20k 050khz12*3=36 3.3.3 恒流源要求恒流源要求 要求輸出 3 路恒流源，各路間相互隔離。每一路恒流源的輸出 為浮地。恒流源輸出的范圍為：-8ma8ma；恒流源輸出的大小和 極性可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制輸出；恒流源輸出的穩(wěn)定精度能夠滿足最大 誤差小于 210-4ma。 3.3.

10、4 模擬信號(hào)測(cè)量要求模擬信號(hào)測(cè)量要求 要求測(cè)量 9 個(gè)陀螺測(cè)量通道輸出共 36 路電壓信號(hào)。被測(cè)信號(hào)輸 出阻抗5k。電壓測(cè)量精度誤差0.01v。各路待測(cè)模擬信號(hào)特性見(jiàn) 表 2。 表 2 模擬信號(hào)特性表 信號(hào)類(lèi)別數(shù)量信號(hào)特性 溫度信號(hào)905（0.2）v 馬達(dá)信號(hào)90（0.04）5（0.04）v 速率信號(hào)90（0.2）5（0.2）v 應(yīng)急信號(hào)9-5（0.5）5（0.2）v 3.3.5 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 主流配置。 3.3.6 測(cè)控箱前面板測(cè)控箱前面板 a. 液晶顯示屏。 b. 顯示屏上顯示測(cè)試數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置，并且能進(jìn)行各種功能設(shè) 定和界面切換。液晶屏下方為多功能按鍵,根據(jù)液晶屏上顯示對(duì) 應(yīng)的功能操作。

11、 c. 產(chǎn)品加電/切電開(kāi)關(guān)（每個(gè)開(kāi)關(guān)都有指示燈） 。 comment a8: 根據(jù)需求定 comment a9: 需求而定 comment a10: 上述被測(cè)對(duì)象 信號(hào)總結(jié)。該小節(jié)非常必要。 d. 采用非自鎖開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)按下一次,產(chǎn)品加電,指示燈亮;再按下一 次,產(chǎn)品斷電,指示燈熄滅.要求能夠通過(guò)程序控制產(chǎn)品加電和切 電,并且通過(guò)指示燈顯示當(dāng)前加電狀態(tài).即指示燈亮,表示產(chǎn)品對(duì) 應(yīng)電源已經(jīng)加上;指示燈滅,表示產(chǎn)品對(duì)應(yīng)電源已經(jīng)切斷. e. 220v 電源開(kāi)關(guān)（有指示燈） 。 f. 測(cè)控箱使用的電源的加電/切電開(kāi)關(guān).特別注意,應(yīng)將測(cè)控箱使 用的電源與產(chǎn)品使用的電源嚴(yán)格分開(kāi),不得共用電源. g. usb

12、/鍵盤(pán)/鼠標(biāo)/顯示器接口 h. 可通過(guò)前面板插入鍵盤(pán)/鼠標(biāo)后操作測(cè)控箱軟件.通過(guò) usb 傳 遞數(shù)據(jù)。 3.3.7 測(cè)控箱后面板測(cè)控箱后面板 后面板上部為電壓和負(fù)載電阻測(cè)試孔，要求測(cè)試孔應(yīng)無(wú)金屬裸 露，以防止電源短路。最好設(shè)計(jì)有保護(hù)蓋，在不使用時(shí)可以蓋上并 鎖緊。 插座的接點(diǎn)定義要求見(jiàn)接點(diǎn)定義 ids 表文件。 接地樁與機(jī)殼的搭接電阻小于 10m，接地樁與電源地和信號(hào) 的絕緣電阻大于 20m。 3.43.4被測(cè)對(duì)象總結(jié)被測(cè)對(duì)象總結(jié) 主要功能由測(cè)控箱完成。測(cè)控箱處理的各種信號(hào)類(lèi)型和通道數(shù) 量見(jiàn)表 3 表 3 測(cè)控箱處理信號(hào)統(tǒng)計(jì) 信號(hào)類(lèi)型信號(hào)類(lèi)型通道數(shù)量 脈沖計(jì)數(shù)見(jiàn)表 142 模擬量采集見(jiàn)表 23

13、6 恒流源輸出-8ma8ma3 溫度傳感器-50+1008 電源電壓見(jiàn)電源要求6 電源電流見(jiàn)電源要求20 電源控制見(jiàn)電源要求20 4 方案確定和系統(tǒng)構(gòu)成方案確定和系統(tǒng)構(gòu)成 4.14.1方案確定方案確定 本測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)的確定應(yīng)依據(jù)以下原則： a.充分考慮任務(wù)書(shū)的要求； b. 總結(jié)我公司設(shè)計(jì)類(lèi)似測(cè)試設(shè)備的成功經(jīng)驗(yàn)； c.選用的設(shè)備從技術(shù)上看應(yīng)有一定的先進(jìn)性； d. 系統(tǒng)易更新、易擴(kuò)展、可靠性高、易維護(hù)。 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則，我們選用了 apci 總線的一體化工控機(jī) 作為測(cè)試設(shè)備的核心。 4.24.2設(shè)備的組成設(shè)備的組成 測(cè)試設(shè)備主要包括測(cè)控箱、電源箱、上位計(jì)算機(jī)、展開(kāi)箱、配 套電纜。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖

14、 2。 控 制 器 模 塊 脈 沖 輸 出 模 塊 1 電 源 模 塊 串 口 通 信 模 塊 液晶屏 被測(cè)設(shè)備 同 步 脈 沖 數(shù) 出 模 塊 電 源 控 制 模 塊 繼電器模塊 脈 沖 輸 出 模 塊 2 d a 模 塊 a d 模 塊 前面板控制按鈕 電 源 箱 電 源 輸 出 電源箱上位計(jì)算機(jī) 測(cè)控箱 配套電纜 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、 comment a11: 刪除設(shè)備中不 使用的方法 測(cè)控箱箱體內(nèi)安裝控制器和各種擴(kuò)展卡，控制器上安裝 windows 操作系統(tǒng)。在無(wú)上位機(jī)的情況下，測(cè)控箱可獨(dú)立工作。 5 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方法設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方法 主要技術(shù)指標(biāo)和使用的實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)表 4。

15、 表 4 主要指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方法 信號(hào)名稱(chēng)技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)方法 脈沖頻率025khz 可調(diào)24mhz 時(shí)鐘分頻 脈沖脈寬 （正） 45s24mhz 時(shí)鐘計(jì)數(shù) 異步串口115.2kbps24mhz 時(shí)鐘 fpga ad/da12 位采用 16 位的芯片 5.15.1單脈沖信號(hào)輸出單脈沖信號(hào)輸出 單脈沖信號(hào)輸出使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用 3 個(gè)模塊，分別是分 頻模塊、觸發(fā)模塊和計(jì)數(shù)輸出模塊。 分頻模塊：將板上的主時(shí)鐘分頻為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，將計(jì)數(shù)時(shí)鐘送給 計(jì)數(shù)輸出模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)。 觸發(fā)模塊：監(jiān)測(cè)總線上的控制，將觸發(fā)信號(hào)送給計(jì)數(shù)輸出模 塊。 計(jì)數(shù)輸出模塊：監(jiān)測(cè)到觸發(fā)信號(hào)后開(kāi)始輸出指令

16、并開(kāi)始進(jìn)行計(jì) 數(shù)，計(jì)數(shù)符合要求的數(shù)據(jù)后，接收指令輸出。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 3 所示： 分頻模塊 觸發(fā)模塊 計(jì)數(shù)輸出模塊 指令輸出 計(jì)數(shù)時(shí)鐘 觸發(fā)信號(hào) 外時(shí)鐘 總線控制 comment a12: 根據(jù)任務(wù)需求 comment a13: 任務(wù)書(shū)要求 圖 3 單脈沖信號(hào)輸出框圖 在該系統(tǒng)中外時(shí)鐘為 24mhz，將主時(shí)鐘分頻為 1khz（1ms）的 計(jì)數(shù)時(shí)鐘。計(jì)數(shù)輸出模塊輸出指令脈寬的誤差會(huì)小于 1ms。滿足任 務(wù)要求的10ms。 5.25.2脈沖寬度采集脈沖寬度采集 脈沖寬度采集使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 該邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用 3 個(gè)模塊，分別是 分頻模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和計(jì)數(shù)模塊。 分頻模

17、塊：將板上的主時(shí)鐘分頻為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，將計(jì)數(shù)時(shí)鐘送給 計(jì)數(shù)輸出模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)模塊：在脈沖信號(hào)開(kāi)始時(shí)開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)，在脈沖信號(hào)結(jié)束 時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)并將數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊。 數(shù)據(jù)處理模塊：監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)模塊是否有新的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送給總 線進(jìn)行讀取。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 4 所示： 分頻模塊 計(jì)數(shù)模塊 分頻后時(shí)鐘外時(shí)鐘 被測(cè)信號(hào) 數(shù)據(jù)處理模塊 計(jì)數(shù) 結(jié)果 總線取數(shù) 圖 4 脈沖寬度采集功能框圖 在該系統(tǒng)中外時(shí)鐘為 24mhz，將主時(shí)鐘分頻為 10khz（0.1ms） 的計(jì)數(shù)時(shí)鐘。計(jì)數(shù)模塊采集的脈寬誤差會(huì)小于 0.1ms。滿足任務(wù)要求 的0.25ms。 脈沖寬度 = 計(jì)數(shù)結(jié)果 0.1ms 5.35.3連續(xù)脈沖輸出連

18、續(xù)脈沖輸出 連續(xù)脈寬輸出使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 連續(xù)脈沖輸出主要有兩個(gè)參數(shù)：頻率和占空比。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用兩個(gè)模塊，邏輯控制 comment a14: 任務(wù)書(shū)要求 模塊和脈沖輸出模塊。 邏輯控制模塊：設(shè)置各種參數(shù)。 脈沖輸出模塊：根據(jù)設(shè)置參數(shù)輸出脈沖。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 5 所示： 邏輯控制 脈沖輸出模塊 使能信號(hào) 高電平參數(shù)nh 低電平參數(shù)nl 脈沖輸出 圖 5 連續(xù)脈寬輸出功能框圖 其中高電平參數(shù)（nh）和低電平參數(shù)（nl）為板上主時(shí)鐘個(gè) 數(shù)，在脈沖輸出模塊中對(duì)主時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。初始狀態(tài)輸出低電平。 監(jiān)測(cè)到使能信號(hào)后開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于 nl 后設(shè)輸出電平為 高，計(jì)算器清

19、零，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于 nh 后設(shè)置輸出電平為低。 lh nn 主時(shí)鐘頻率 脈沖頻率 lh h nn n 占空比 在該系統(tǒng)中主時(shí)鐘為 24mhz。要求高電平寬度為 45s。則： nh=241064.5106=108 h 6 l n 1024 n 輸出脈沖頻率 5.45.4個(gè)數(shù)脈沖輸出個(gè)數(shù)脈沖輸出 個(gè)數(shù)脈寬輸出使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 個(gè)數(shù)脈沖輸出主要有兩個(gè)參數(shù)：脈沖個(gè)數(shù)、頻率和占空比。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用兩個(gè)模塊，邏輯控制 模塊和計(jì)數(shù)脈沖輸出模塊。 邏輯控制模塊：設(shè)置各種參數(shù)。 計(jì)數(shù)脈沖輸出模塊：根據(jù)設(shè)置參數(shù)輸出脈沖。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 6 所示： comment a15: 同上 邏輯控

20、制 計(jì)數(shù)脈沖輸出 模塊 使能信號(hào) 高電平參數(shù)nh 低電平參數(shù)nl 脈沖輸出 輸出脈沖個(gè)數(shù) 圖 6 個(gè)數(shù)脈寬輸出功能框圖 其中高電平參數(shù)（nh）和低電平參數(shù)（nl）為板上主時(shí)鐘個(gè) 數(shù)，在脈沖輸出模塊中對(duì)主時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。初始狀態(tài)輸出低電平。 監(jiān)測(cè)到使能信號(hào)后開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于 nl 后設(shè)輸出電平為 高，計(jì)算器清零，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于 nh 后設(shè)置輸出電平為低。當(dāng)輸出 脈沖個(gè)數(shù)等于設(shè)置值時(shí)停止脈沖輸出。 lh nn 主時(shí)鐘頻率 脈沖頻率 lh h nn n 占空比 在該系統(tǒng)中主時(shí)鐘為 24mhz。要求高電平寬度為 45s。則： nh=241064.5106=108 h 6 l n 1024 n 輸出脈

21、沖頻率 5.55.5連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)連續(xù)脈沖計(jì)數(shù) 連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 該邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用兩個(gè)模塊，分別是 計(jì)數(shù)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。 計(jì)數(shù)模塊：對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行處理。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 7 所示： 計(jì)數(shù)器 脈沖 數(shù)據(jù)處理模塊 計(jì)數(shù)結(jié)果總線讀取 圖 7 連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)功能框圖 計(jì)數(shù)結(jié)果直接送給控制器讀取。 5.65.6定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)脈沖計(jì)數(shù) 定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 該邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用三個(gè)模塊，分別是 定時(shí)器模塊、計(jì)數(shù)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。 定時(shí)器模塊：輸出指定時(shí)間寬度的脈沖，該脈沖作為計(jì)數(shù)器使 能信號(hào)。 計(jì)

22、數(shù)模塊：對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行處理。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 8 所示： 計(jì)數(shù)器 被測(cè)脈沖 數(shù)據(jù)處理模塊 計(jì)數(shù) 結(jié)果 總線讀取 定時(shí)器模塊 定時(shí)脈沖 連接計(jì)數(shù)器使能 定時(shí)參數(shù) 圖 8 連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)邏輯模塊圖 定時(shí)脈沖連接計(jì)數(shù)器使能。計(jì)數(shù)結(jié)果直接送給控制器讀取。 5.75.7觸發(fā)脈沖計(jì)數(shù)觸發(fā)脈沖計(jì)數(shù) 觸發(fā)脈沖計(jì)數(shù)使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 該邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用兩個(gè)模塊，分別是 計(jì)數(shù)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。 計(jì)數(shù)模塊：對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行處理。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 9 所示： 計(jì)數(shù)器 被測(cè)脈沖 數(shù)據(jù)處理模塊 計(jì)數(shù) 結(jié)果 總線讀取 觸發(fā)信號(hào) 連接計(jì)

23、數(shù)器使能 圖 9 個(gè)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)邏輯模塊圖 觸發(fā)信號(hào)連接計(jì)數(shù)器使能信號(hào)。計(jì)數(shù)結(jié)果直接送給控制器讀 取。 comment a16: 也可能是 cmg 5.85.8動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速采集動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速采集 動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速采集使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用三個(gè)模塊，分別邏輯 控制模塊、數(shù)據(jù) fifo 模塊和脈沖周期計(jì)數(shù)模塊。 邏輯控制模塊：處理數(shù)據(jù) fifo 中的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù) fifo 模塊：對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。 脈沖周期計(jì)數(shù)模塊：對(duì)動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行脈沖周期計(jì)數(shù)。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 10 所示： 脈沖周期計(jì)數(shù) 模塊 數(shù)據(jù) fifo 模塊 數(shù)據(jù)n 計(jì)數(shù)結(jié)果 轉(zhuǎn)速脈沖 d1 d2 d3 d2

24、4 邏輯控制模塊 主時(shí)鐘 將n循 環(huán)寫(xiě) 入 d1 d24 總線 圖 10 動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速采集功能框圖 系統(tǒng)中主時(shí)鐘使用 24mhz 的晶振，脈沖周期計(jì)數(shù)是指相鄰的兩 個(gè)動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速脈沖之間的主時(shí)鐘個(gè)數(shù)。 在邏輯控制模塊中內(nèi)為每個(gè)通道設(shè)有 24 個(gè) 32 位的緩存器，命 名為 d1到 d24，存儲(chǔ)動(dòng)量輪轉(zhuǎn)動(dòng) 1 周輸出的連續(xù) 24 個(gè)脈沖的周期， 采用 32 位計(jì)數(shù)器，通過(guò) 24mhz 晶振進(jìn)行計(jì)數(shù)，記錄動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速脈 沖上升沿間的時(shí)間。如圖 11 所示： 第1個(gè)脈沖第2個(gè)脈沖第24個(gè)脈沖第25個(gè)脈沖 n1n2n24n25 轉(zhuǎn) 速 脈 沖 圖 11 脈沖個(gè)數(shù)說(shuō)明示意圖 計(jì)數(shù)采用 32 位計(jì)數(shù)器，n1為第

25、 1 個(gè)脈沖和第 2 個(gè)脈沖間 comment a17: 計(jì)數(shù)能否滿足 任務(wù)書(shū)要求 24mhz 時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，n2為第 2 個(gè)脈沖和第 3 個(gè)脈沖間 24mhz 時(shí)鐘 的個(gè)數(shù)，依此類(lèi)推，n24為第 24 個(gè)脈沖和第 25 個(gè)脈沖間 24mhz 時(shí) 鐘的個(gè)數(shù)。 脈沖周期計(jì)數(shù)模塊將 n 按順序填寫(xiě)的 fifo 中，邏輯控制模塊 則也會(huì)按順序?qū)?n 讀出。 將 n1寫(xiě)到緩存器 d1內(nèi)，將 n2寫(xiě)到緩存器 d2內(nèi)，依此類(lèi)推， 將 n24寫(xiě)到緩存器 d24內(nèi)，將 n25寫(xiě)到緩存器 d1內(nèi)，此時(shí)進(jìn)行下一 周期的計(jì)數(shù)。這樣板中這 24 個(gè)緩存器為連續(xù)的 24 個(gè)動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速脈 沖的數(shù)據(jù)。 總線在一個(gè)采樣周期內(nèi)全

26、部這 24 個(gè)緩存器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算處 理就可以得到穩(wěn)定的動(dòng)量輪的轉(zhuǎn)速值。運(yùn)算過(guò)程為： 先得到頻率是 24mhz 時(shí)鐘的周期 t，單位秒； （1） 6 1 t(s) 24 10 動(dòng)量輪轉(zhuǎn)動(dòng) 1 周所用時(shí)間 t，單位秒， 為第 i 個(gè)緩存器中的id 計(jì)數(shù)值，為 24 個(gè)緩存器中脈沖計(jì)數(shù)的總和； 24 1di i t=t （2） 24 1d ( )i i s 動(dòng)量輪的轉(zhuǎn)速單位為 rpm，即每 60s 轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。得到動(dòng)量輪 轉(zhuǎn)速v （3）rpm 60 t v 將公式（1） 、 （2）代入公式（3）得到動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式 為： rpm i v i 24 1 9 d 101.44 通過(guò)這種方法可以精

27、確算出動(dòng)量輪的轉(zhuǎn)速，避免安裝工藝誤差 造成的轉(zhuǎn)速計(jì)算誤差。 這種測(cè)試方法的誤差來(lái)源主要有兩個(gè)方面： 在本設(shè)備中主時(shí)鐘使用？mhz 晶振，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)誤差為？ 5.95.9異步串口發(fā)送異步串口發(fā)送 異步串口發(fā)送使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用三個(gè)模塊，邏輯控制 模塊、發(fā)送 fifo 模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。 邏輯控制模塊：對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，向 fifo 模塊中 填寫(xiě)發(fā)送數(shù)據(jù)。 發(fā)送 fifo 模塊：對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：根據(jù)設(shè)置和發(fā)送 fifo 中的數(shù)據(jù)。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 12 所示： 邏輯控制模塊 總線 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 參數(shù)設(shè)置 發(fā)送數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)輸出 發(fā)

28、送 fifo 模塊 發(fā)送數(shù)據(jù) 圖 12 異步串口發(fā)送功能框圖 邏輯控制模塊設(shè)置的參數(shù)主要包括，波特率、校驗(yàn)位、停止位 和字節(jié)間延時(shí)。各參數(shù)的設(shè)置方法如下： 校驗(yàn)位設(shè)置：0 為無(wú)校驗(yàn)，1 為奇校驗(yàn)，2 為偶校驗(yàn)。 停止位設(shè)置：0 為 1 停止位，1 為 2 停止為。 波特率可設(shè)置為任意波特率，板上以 24mhz 作為時(shí)鐘，波特率 設(shè)置參數(shù)為 24mhz 的時(shí)鐘個(gè)數(shù)。 24mhz 的時(shí)鐘周期 t 為： 6 1 t(s) 24 10 串口發(fā)送 1 個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間 t 為： st baudrate 1 波特率設(shè)置參數(shù) n 為： baudrate 1024 t t 6 n 字節(jié)間延時(shí)采用 16 位計(jì)數(shù)器

29、，設(shè)置的參數(shù)為 24mhz 的時(shí)鐘個(gè) 數(shù)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍是 065535，乘以 24mhz 的時(shí)鐘周期 t，得 到可設(shè)置的字節(jié)間延時(shí)范圍是 02.37ms。設(shè)置參數(shù) n為： )( )(1024 6 s s n 延時(shí)時(shí)間 發(fā)送 fifo 模塊有空標(biāo)志和滿標(biāo)志，深度默認(rèn)設(shè)置為 512。邏輯 控制模塊一次最多可寫(xiě)入 512 字節(jié)數(shù)據(jù)。該深度可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中 的不同需求進(jìn)行設(shè)置。 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊初始運(yùn)行在檢測(cè) fifo 數(shù)據(jù)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到 fifo 的空標(biāo)識(shí)為假時(shí)，開(kāi)始從 fifo 中讀出數(shù)據(jù)發(fā)送。依次發(fā)送起始位、 數(shù)據(jù)位（先發(fā)送低字節(jié)） 、校驗(yàn)位（設(shè)置有校驗(yàn)位時(shí)）和停止位，發(fā) 送完成后判斷字節(jié)間延時(shí)

30、是否設(shè)置為零，不為零時(shí)等待字節(jié)間延 時(shí)，完成一個(gè)字節(jié)的發(fā)送，返回到檢測(cè) fifo 數(shù)據(jù)狀態(tài)。 5.105.10 異步串口接收異步串口接收 異步串口接收使用 fpga 實(shí)現(xiàn)。 邏輯采用模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)該功能共使用三個(gè)模塊，邏輯控制 模塊、接收 fifo 模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。 邏輯控制模塊：對(duì)數(shù)據(jù)接收模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，讀 fifo 模塊中 的接收數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)接收模塊的數(shù)據(jù)狀態(tài)。 接收 fifo 模塊：對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。 數(shù)據(jù)接收模塊：根據(jù)設(shè)置接收串口數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入接收 fifo 中，判斷接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。 模塊結(jié)構(gòu)如圖 13 所示： 邏輯控制模塊數(shù)據(jù)接收模塊 參數(shù)設(shè)置 接收 fifo 模塊 接

31、收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù) 總線 接收數(shù)據(jù)狀態(tài) 數(shù)據(jù)接收 圖 13 異步串口接收功能框圖 邏輯控制模塊設(shè)置的參數(shù)主要包括，波特率、校驗(yàn)位、停止位 和采樣時(shí)間設(shè)置。接收數(shù)據(jù)狀態(tài)的為接收的數(shù)據(jù)是否符合參數(shù)設(shè) 置。各參數(shù)的設(shè)置方法如下： 校驗(yàn)位設(shè)置：0 為無(wú)校驗(yàn)，1 為奇校驗(yàn)，2 為偶校驗(yàn)。 停止位設(shè)置：0 為 1 停止位，1 為 2 停止為。 接收數(shù)據(jù)狀態(tài)：數(shù)據(jù)格式是單字節(jié)，低兩位有效。第 0 位為 1 表示停止位錯(cuò)誤，第 1 位為 1 表示校驗(yàn)位錯(cuò)誤。 波特率可設(shè)置為任意波特率，板上以 24mhz 作為時(shí)鐘，波特率 設(shè)置參數(shù)為 24mhz 的時(shí)鐘個(gè)數(shù)。 24mhz 的時(shí)鐘周期 t 為： 6 1 t(s) 24 10 串口接收 1 個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間 t 為： st baudrate 1 波特率設(shè)置參數(shù) n 為： baudrate 1024 t t 6 n 采樣時(shí)間設(shè)置表示當(dāng)數(shù)據(jù)接收模塊檢測(cè)到數(shù)據(jù)起始位后，何時(shí) 開(kāi)始對(duì)數(shù)據(jù)采樣。設(shè)置方法和波特率的設(shè)置方法相同。默認(rèn)設(shè)置為 波特率的一半，即 n/2。當(dāng)