一种基于NIOS II微处理器的集成化天线数字控制装置制造方法及图纸

一种基于NIOS?II微处理器的集成化天线数字控制装置，是一种能够用来对天线伺服系统进行高精度控制的控制装置，其主要包括接口电路、A/D转换芯片、FPGA模块。本实用新型专利技术通过A/D转换芯片获取接收机信号、推杆信号数据并传给FPGA模块，FPGA模块内嵌NIOS?II微处理器，同时采集接收机信号、推杆信号、按键信号、时码信号、差分串口信号，并根据这些信号进行天线控制模式的选择和按照一定的控制算法生成控制量传给天线驱动单元，从而实现对天线伺服系统的控制。本实用新型专利技术具备很强的数据处理能力，而且实现了天线伺服控制器的高度集成化设计，使得天线伺服控制器的集成度大大提高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于NIOS II微处理器的集成化天线数字控制装置，属于天线伺服系统
，用于对天线伺服系统的高精度控制，同样适用于高性能、高集成度天线伺服系统的控制。
技术介绍
天线伺服系统是遥测系统中重要的组成部分，其主要作用是当目标进入视线范围内时，使接收天线自动搜索并捕获目标，以一定的跟踪精度连续跟踪目标，使目标始终处于主波束的中心线附近，从而以最大接收增益可靠地连续接收遥测信号。特别是当出现故障， 目标偏离预定飞行轨道时，天线伺服系统能在较大空域范围内搜索捕获目标并进行跟踪， 获得重要的遥测数据以判断故障。在遥测跟踪设备中，数字伺服系统的优越性已经日益明Mo现有的天线控制器分为模拟控制器和数字控制器两大类。由于模拟控制器难于实现比较复杂的控制算法，难于满足天线伺服系统高精度控制的需要，因此数字控制器是必然选择。数字控制器的优点表现在参数修改方便，能够实现复杂的控制器算法，能够满足高精度控制的要求。另外数字控制器适合集成化，模块化设计，相对于模拟控制器其体积大大缩小，而且功耗明显降低，这对于航天应用非常有吸引力。另外系统的更新换代由于只涉及软件而更为容易。目前以Ti公司的C2000系列DSP为控制核心的天线控制器比较普遍，这类方案虽然能够实现天线伺服系统的控制，但也存在以下缺点(1)数据处理能力不够。C2000系列为定点型DSP，浮点数据处理能力不足，不能满足运行复杂控制算法的实时性要求。(2)外设接口不足。TI公司常见的DSP C2000系列的外设接口丰富多样，但是串口(UART)只有两个，如果选用这一款，需要从并行数据外扩串行口。一旦项目需求变化，所需的硬件外设也需要重新设计。如果选用Ti公司的C6000系列DSP芯片，虽然运算能力足够，但是外设接口仍然欠缺，同样不能满足天线伺服系统的需求。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种基于NIOSII微处理器的集成化天线数字控制装置。本技术的技术解决方案是一种基于NIOS II微处理器的集成化天线数字控制装置，包括FPGA模块、接口模块和A/D转换模块，FPGA模块包括配置芯片、FPGA芯片、外扩SDRAM和外扩Flash，FPGA芯片分别与配置芯片、外扩SDRAM和外扩Flash连接，FPGA芯片内嵌NIOS II微处理器，A/D转换模块包括多路选择芯片和A/D转换芯片，接口模块由PCI 桥接芯片组成，PCI桥接芯片连接FPGA芯片和上位机，多路选择芯片将接收到模拟量信号送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字信号送入到FPGA芯片。所述的FPGA芯片采用StratixEPlS25芯片。所述的A/D转换芯片采用AD1674芯片，多路选择芯片选用了 MAXIM公司的DG406， A/D转换芯片和多路选择芯片之间通过0P37芯片进行连接。本技术设计原理FPGA芯片内嵌NIOS II微处理器，包含丰富的外设资源。其中两路串口采集天线位置信息及天线开关量信号，用程序控制接收机信号和推杆信号的采样并通过PIO进行采集，按键信号、时码信号同样通过Pio采集到NIOS II微处理器中，上位机的控制信息和天线控制器的监控信息均通过CPCI总线进行传输，并且天线控制器预留了两路串口接口可以接收数字接收机信息和三路串口接口可以接收三路惯导信息。Nios II微处理器中含有定时器，每IOms产生一个中断信号。当定时中断产生后，天线控制器采集天线位置信息、接收机信号、推杆信号、按键信号、时码信号，并根据上位机下发的控制指令，选择相应的工作模式，从而选择对应的控制算法生成控制量，通过串口传给天线驱动单元，从而实现对天线伺服系统的高精度控制。本技术与现有技术相比有益效果为(1)本技术利用Altera公司的Mratix系列的EP1S25F780芯片为执行核心， 实现对天线伺服系统的高精度控制；(2)本技术具有数字控制器的优点调试灵活、方便、体积小、重量轻、便于实现复杂的控制算法，较现有的定点DSP为核心的数字控制器而言，本技术的数据处理能力显著提高，能够满足复杂控制算法的实时性要求；(3)本技术采用NIOS II微处理器可实现软件可重构，NIOS II微处理器是一种软核CPU，专门针对Altera的可编程逻辑器件及片上可编程系统的设计思想，做了相应优化，作为一种可配置的通用RISC处理器，它可以与用户自定义逻辑结合构成SOC系统，并下载到Altera的可编程器件中去，32位NIOS软核，结合外部闪存以及大容量存储器，可构成一个功能强大的32位嵌入式处理器系统；(4)本技术采用NIOS II微处理器技术不仅满足了大量的运算量需求，使天线的各种状态可以实时上报给上位机并显示在监控界面中，而且实现了外设的可定制，满足了系统对于外设接口众多的需求，使得系统的集成度进一步提高；(5)本技术实现了系统的数字化、模块化、集成化，并且实现了外设可重构，可以在不改变电路设计的基础上通过生成不同的NIOS II微处理器满足系统不同外设的需求，实现了对天线伺服系统的高精度控制。附图说明图1为本技术的结构组成框图；图2为本技术的控制原理框图；图3为本技术的FPGA内嵌的NIOS II微处理器；图4为本技术的A/D转换模块电路图；图5为本技术的外扩Flash存储器电路图；图6为本技术的外扩SDRAM电路图；图7为本技术的PCI桥接芯片电路图；图8为本技术的FPGA模块的控制流程图。具体实施方式如图1所示，本技术的硬件模块主要由接口模块6、A/D转换模块10、FPGA模块4组成，其中接口模块6包括PCI桥接芯片5，A/D转换模块10包括多路选择芯片9和A/ D转换芯片8，FPGA模块4包括FPGA芯片3、配置芯片2、外扩Flash存储器11和外扩SDRAM 12。PCI桥接芯片90M与上位机7和FPGA模块4相接，用于将FPGA模块4生成的各种状态监控信号上报给上位机7，并且将上位机7发送的各种控制信号下发给FPGA模块4。接口模块6将上位机7下发的控制命令通过PCI桥接芯片5下发给FPGA芯片3，FPGA芯片3 采集到的各种监控信号也通过PCI桥接芯片5上报给上位机7，并显示在上位机7的监控界面上。多路选择芯片9选择接收机1到接收机4的AGC信号、方位误差信号、俯仰误差信号和推杆的方位信息、俯仰信息中的其中一路送入A/D转换芯片8中，由FPGA芯片3控制 A/D转换的起始，转换结束后的12位数字信息送入FPGA芯片3中。FPGA芯片3中内嵌了 NIOSII微处理器，配合外扩的Flash存储器11及SDRAM12，构成了一个强大的嵌入式处理器系统。OTOS II微处理器采集接收机信号、推杆信号、按键信号、时码信号，并接收上位机 7通过PCI桥接芯片5下发的控制指令与天线驱动单元1通过差分串口传输的天线座角度信息、开关量信息及功放自身的信息，通过一定的控制率实现对天线座的高精度控制。如图2所示，给出了本技术的控制原理，FPGA模块4控制时码信息、接收机信息、推杆信息和按键信息的检测，并根据上位机7下发的控制信号生成一定的控制量，通过 RS422串口传输给天线驱动单元1，天本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于ＮＩＯＳ　ＩＩ微处理器的集成化天线数字控制装置，其特征在于：包括ＦＰＧＡ模块（４）、接口模块（６）和Ａ／Ｄ转换模块（１０），ＦＰＧＡ模块（４）包括配置芯片（２）、ＦＰＧＡ芯片（３）、外扩ＳＤＲＡＭ（１２）和外扩Ｆｌａｓｈ（１１），ＦＰＧＡ芯片（３）分别与配置芯片（２）、外扩ＳＤＲＡＭ（１２）和外扩Ｆｌａｓｈ（１１）连接，ＦＰＧＡ芯片（３）内嵌ＮＩＯＳ　ＩＩ微处理器，Ａ／Ｄ转换模块（１０）包括多路选择芯片（９）和Ａ／Ｄ转换芯片（８），接口模块（６）由ＰＣＩ桥接芯片（５）组成，ＰＣＩ桥接芯片（５）连接ＦＰＧＡ芯片（３）和上位机（７），多路选择芯片（９）将接收到模拟量信号送入Ａ／Ｄ转换芯片（８）进行模数转换，转换后的数字信号送入到ＦＰＧＡ芯片（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，贾军，赵书阳，陈大平，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：11