一種基于MicroBlaze的數(shù)字硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與驗證.pdf

1、本課題在分析數(shù)字硅陀螺的工作原理以及相頻特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計出基于輸入驅(qū)動信號與傳感器結(jié)構(gòu)中質(zhì)量塊受迫運動相應(yīng)信號的相位關(guān)系的數(shù)字硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)，構(gòu)建基于 FPGA的全數(shù)字頻率鎖定回路。系統(tǒng)整體算法由二分法與傅立葉變換譜分析法相結(jié)合，求解的精度可以由逼近的次數(shù)來控制。在MicroBlaze軟核的控制下，系統(tǒng)中的數(shù)字信號發(fā)生模塊DDS實現(xiàn)數(shù)字信號的發(fā)生以及快速頻率轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號處理模塊 FFT實現(xiàn)對質(zhì)量塊驅(qū)動響應(yīng)信號的采集以及利用傅里葉

2、變換譜分析算法計算相位差。最后，對系統(tǒng)各個模塊以及整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并且在實際測試板上運行測試通過。相對于現(xiàn)有的測量方法，本課題提出一種成本低、實施簡單、精度高的硅微機械陀螺諧振頻率測量方案，對國內(nèi)微機械陀螺的研究工作有一定的積極意義。
　　在系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，本課題對數(shù)字信號發(fā)生模塊DDS和數(shù)字信號處理模塊FFT分別進(jìn)行了設(shè)計與驗證。數(shù)字信號發(fā)生模塊DDS采用直接數(shù)字合成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的頻率分辨率以及快速頻率轉(zhuǎn)換，輸出正

3、弦波在課題要求的陀螺諧振頻率范圍內(nèi)(2KHz到10KHz)較為正常，波形無明顯失真，相應(yīng)頻率控制字范圍為8589935到42949673，且最小頻率步進(jìn)值為0.000234Hz，滿足課題要求。數(shù)字信號處理模塊FFT利用ISE13.3提供的IP core配置而成，選擇邏輯資源使用較少的Radix-2 Lite，Burst I/O結(jié)構(gòu)，對其中各個模塊以及整體進(jìn)行仿真，證明其邏輯正確，整體計算時間大約為2.6ms。
　　利用CIP工具在

4、EDK環(huán)境下配置用戶自定義外設(shè)模塊，調(diào)用FPGA中的存儲器和存儲控制器配合用戶自定義外設(shè)模塊對整體系統(tǒng)進(jìn)行搭建，根據(jù)系統(tǒng)主函數(shù)流程圖和fft函數(shù)流程圖編寫系統(tǒng)軟件程序。利用ChipScope對系統(tǒng)產(chǎn)生的正弦波波形進(jìn)行抓取，分別設(shè)置輸出正弦波頻率為2KHz、6KHz和10KHz，結(jié)果顯示輸出信號為16位有符號數(shù)，整體波形符合驗證要求。通過在驗證平臺上搭建硬件結(jié)構(gòu)virtual gyroscope來驗證系統(tǒng)整體功能，結(jié)果顯示數(shù)字硅陀螺閉環(huán)驅(qū)