FIR數(shù)字低通濾波器 - Nios II實現(xiàn)二頻機抖陀螺工作電路設計

　　圖2為1 s內(nèi)采集的可逆計數(shù)器的輸出信號，從圖中可看出：有用信號已被抖動信號和量化噪聲完全覆蓋。圖3為信號的功率譜，從圖中可看到，抖動信號在功率譜中占很大分量(功率譜的最大值處的頻率對應抖動頻率)，還原出被測量信號必須對可逆計數(shù)器的輸出信號進行低通濾波，以濾除抖動及其他雜散信號。圖4為濾波后的脈沖輸出，不同于圖2，從圖4中可清楚地看出：在2 000點(即1 s時間內(nèi))恒定地球轉速下累計約15個信號脈沖。

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　　可編程邏輯器件為FIR濾波器的設計提供高靈活性，可采取多種結構，例如并行流水線結構、串行結構等?？紤]到采樣率相對不是很高，為節(jié)約系統(tǒng)資源，這里采用自行設計的串行結構濾波。

　　4 接口部分

　　由于陀螺工作的外界條件不同，陀螺工作的最佳參數(shù)可能也不相同，這就要求處理器能夠根據(jù)需要實時調(diào)整測試電路參數(shù)，并實時監(jiān)控電路和陀螺狀態(tài)，對出現(xiàn)的問題能夠自我感知。UART1為面向上位機的通訊接口，經(jīng)電平轉換后通過RS232線纜連接至計算機.它一方面接收計算機的控制參數(shù)，另一方面將采集的數(shù)據(jù)傳至計算機。

　　4.1 抖動穩(wěn)頻控制

　　UART2與穩(wěn)頻板相連接，它對穩(wěn)頻電路的控制主要包括：(1)控制穩(wěn)頻電路的開啟或關閉;(2)監(jiān)測穩(wěn)頻是否異常;(3)實時讀取光強和控制電壓值。

　　而UART3是與抖動電路通訊的接口，它對抖動電路的控制主要包括：(1)控制抖動電路的開啟或關閉;(2)監(jiān)測抖動是否異常，監(jiān)測抖動頻率;(3)下載噪聲表。UART2和UART3由于傳輸距離不是很長，設計中直接采用3.3 V電平，無需電平轉換，經(jīng)實際測試，沒有出現(xiàn)誤碼，通訊穩(wěn)定。

　　4.2 A/D轉換和D/A轉換部分

　　A/D轉換部分負責采集溫度、光強、控制電壓等模擬信息，同時采集陀螺內(nèi)部溫度，實現(xiàn)溫度補償，該系統(tǒng)選用ADS8344。ADS8344是一款高性能、低功耗的16位的A/D轉換器，內(nèi)有高精度基準電壓，最大采樣頻率為100 kHz，信噪比達84 dB，包含8個單端模擬輸人通道(CH0～CH7)，參考電壓VRFF范圍為500 mV~VCC。ADS834通過三線SPI接口與Nios II處理器通訊。為了控制環(huán)形激光器的工作電流，D/A轉換部分采用具有雙路輸出的12位D/A轉換器AD5322，該器件具有超小體積，超小功耗的特點，完全與Nios II處理器SPI接口兼容。

　　5 實驗及結論

　　按照上述設計結構，研制以嵌入式軟核處理器Nios II為核心的二頻機械抖動激光陀螺信號處理系統(tǒng)，并對某型國產(chǎn)二頻機抖陀螺進行實際測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

　　經(jīng)長時間測試檢驗，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠有效控制與監(jiān)測陀螺的運行工作參數(shù)，達到預期設計要求。