雷達(dá)系統(tǒng)的天線是艦船接收和發(fā)送信號的關(guān)鍵設(shè)備,為了能夠在船舶航行過程中始終獲取高質(zhì)量的檢測信號,艦船的天線必須滿足俯仰角度和方位的靈活控制。伺服控制系統(tǒng)經(jīng)歷了較長的發(fā)展時(shí)間,目前已經(jīng)日益成熟。本文結(jié)合當(dāng)前流行的FPGA+ARM的控制器組合方式,開發(fā)了一種艦船雷達(dá)天線的伺服控制系統(tǒng),重點(diǎn)對艦船雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、FPGA芯片的時(shí)鐘振蕩電路設(shè)計(jì)和FPGA與ARM芯片的傳輸問題進(jìn)行了研究。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

FPGA芯片與ARM芯片的信號通信原理Fig.4Theprincipleofsignalcommunicationbetween

圖1為船舶天線伺服控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架。圖1船舶天線伺服控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架Fig.1Generaldesignframeworkofshipantennaservocontrolsystem艦船天線伺服控制系統(tǒng)的功能包括以下幾方面：1）伺服電機(jī)控制天線伺服控制系統(tǒng)能夠?qū)λ欧姍C(jī)進(jìn)行有效控制，包括天線平臺(tái)的方位電機(jī)，俯仰電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)等。在進(jìn)行伺服電機(jī)的控制時(shí)，可以有多種控制方式以供選擇，如電機(jī)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制和定量的運(yùn)動(dòng)控制。伺服電機(jī)的控制響應(yīng)速度決定了艦船雷達(dá)天線平臺(tái)的響應(yīng)速度，因此，伺服電機(jī)控制功能是該系統(tǒng)的最主要功能。2）上位機(jī)信號響應(yīng)在天線伺服控制系統(tǒng)中，控制器接收來自上位機(jī)的編碼器信號、報(bào)警信號、啟停信號等，伺服控制器必須根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的信號進(jìn)行快速響應(yīng)。3）位置管理功能雷達(dá)天線的位置管理通常采用加/減計(jì)數(shù)器，其中加計(jì)數(shù)器用于伺服控制系統(tǒng)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)，減計(jì)數(shù)器用于輸入信號的編碼器信號計(jì)數(shù)。加/減計(jì)數(shù)器的位數(shù)為32位，滿足邏輯位置計(jì)數(shù)的需求。4）數(shù)據(jù)處理功能天線伺服控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理主要是指數(shù)據(jù)的插補(bǔ)功能，從而保證脈沖信號是一種連續(xù)信號，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的快速響應(yīng)。2基于FPGA的天線伺服控制系統(tǒng)開發(fā)2.1伺服控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)船舶雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)的核心是控制器，相當(dāng)于伺服控制系統(tǒng)的大腦，控制器速度越快，對船舶天線位置信號的處理能力越高。FPGA控制器具有非常高的集成性，能將伺服控制系統(tǒng)的主要功能都集成在單片F(xiàn)PGA器件中，大大減少了控制系統(tǒng)所需的元器件個(gè)數(shù)。同時(shí)，F(xiàn)PGA控制器具有良好的擴(kuò)展性，能夠支持UART接口、USB接口、LCD接口等。本文考慮到FPGA控制器的成本因素，選用了一種Altera公

本文應(yīng)用的EP2D12Q2310系列FPGA芯片中，采用的時(shí)鐘振蕩電路為有源晶振，時(shí)鐘的輸入頻率范圍為16-387MHz，輸出頻率范圍為16-275MHz。FP-GA芯片中的時(shí)鐘管理模塊能夠根據(jù)系統(tǒng)需要調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘的輸入、輸出頻率，滿足系統(tǒng)運(yùn)行速度的需求。圖3為FPGA芯片的時(shí)鐘源電路圖。圖3FPGA芯片的時(shí)鐘源電路圖Fig.3ClocksourcecircuitdiagramofFPGAchip該時(shí)鐘源的有源晶振采用3.3V電源，2個(gè)引腳接地。2.2伺服控制器的FPGA與ARM通信方式的研究盡管EP2D12Q2310型FPGA控制器芯片具有較高的集成度和較強(qiáng)的功能，但考慮成本因素和艦船天線伺服控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，本文最終選擇了一種ARM+FPGA的伺服控制系統(tǒng)硬件方案，一方面充分利用FP-GA的優(yōu)越特性，另一方面基于ARM的嵌入式特點(diǎn)，使艦船天線伺服控制系統(tǒng)的靈活性、拓展性增加。在功能分工上，ARM芯片負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換、伺服電機(jī)的控制信號產(chǎn)生、上位機(jī)的信號傳輸；FPGA芯片負(fù)責(zé)方位電機(jī)，俯仰電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖信號產(chǎn)生、船舶雷達(dá)天線位置數(shù)據(jù)的測量和計(jì)數(shù)、I/O端口編程控制等。EP2D12Q2310型FPGA芯片與ARM的信號通信是船舶天線伺服控制系統(tǒng)能夠成功的關(guān)鍵，本文利用ARM的中斷邏輯+存儲(chǔ)器等設(shè)備，將FPGA芯片作為ARM芯片外接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)核心控制器的搭建。FPGA芯片與ARM芯片的信號通信原理如圖4所示。將FPGA芯片作為ARM芯片的外掛設(shè)備，結(jié)合中斷邏輯+存儲(chǔ)器的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，F(xiàn)PGA芯片和ARM芯片的數(shù)據(jù)總線是16位，地址總線是8位。因此，ARM芯片的端口可以通過CS0與FPGA的CS1相連。此外，2個(gè)控制器芯片的數(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3022752