采用FPGA/MCU技術(shù)的光電式滾轉(zhuǎn)角測量儀的解決方案

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　基于FPGA/MCU的光電式滾轉(zhuǎn)角測量儀軟件流程如圖11所示。光敏接收模塊g1-g37接收到紅外光信號(hào)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理之后將高電平送至FPGA上各相關(guān)引腳，F(xiàn)PGA以固定頻率對(duì)A1-A37各引腳進(jìn)行掃描，掃描頻率通過對(duì)有源晶振的輸入頻率進(jìn)行分頻得到，如果掃描到僅有一個(gè)引腳是高電平，則說明只有該引腳對(duì)應(yīng)的光敏接收模塊收到光信號(hào)，滾轉(zhuǎn)體此時(shí)剛好旋轉(zhuǎn)到某已知角度，通過FPGA控制LED顯示模塊輸出該角度，并通過串口將滾轉(zhuǎn)角度值傳送給上位機(jī)。但如果有兩路引腳都為高電平，那么FPGA首先判斷該由哪片MCU對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，隨后通知該MCU進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并確定滾轉(zhuǎn)角度，比如A5、A6均為高電平，則FPGA以串口通訊方式通知MCU A對(duì)A5、A6進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果A5的信號(hào)幅值為2.50V，A6的信號(hào)幅值為3V，已知A5對(duì)應(yīng)的滾轉(zhuǎn)角為40度，A6對(duì)應(yīng)的滾轉(zhuǎn)角為50度，則此時(shí)的滾轉(zhuǎn)角度為40+[2.5/(2.5+3.0)](50-40)=44.55度，MCU再通過串口把信息反饋給FPGA。還有可能出現(xiàn)3路或者3路以上的引腳為高電平的情況，此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)光敏接收模塊的初級(jí)運(yùn)放信號(hào)放大倍數(shù)，盡量減少M(fèi)CU處理的模擬信號(hào)數(shù)量，然后通過比較將幅值較小的信號(hào)忽略，僅保留最大的兩路信號(hào)，隨后處理方式同上。

　　FPGA采用VHDL語言進(jìn)行編程，其串口程序包括串口發(fā)送、串口接收與時(shí)鐘分頻三個(gè)模塊，分別與上位機(jī)及兩片MCU進(jìn)行通信，通信波特率為標(biāo)準(zhǔn)的9600b/s，數(shù)據(jù)位為8位，不帶校驗(yàn)位。MCU采用匯編語言編程，C8051F310可通過修改相關(guān)寄存器值非常靈活的對(duì)片內(nèi)ADC模塊、串口模塊進(jìn)行操作，ADC采用單端輸入方式，以MCU供電電壓為參考電壓，通過向AD0BUSY位寫1啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。

　　結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)的基于FPGA/MCU的光電式滾轉(zhuǎn)角測量儀實(shí)際運(yùn)行情況良好，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中能較為準(zhǔn)確的測量出彈體滾轉(zhuǎn)角度，達(dá)到預(yù)定要求，此外還可通過增加光敏接收模塊或采用紅外激光器來進(jìn)一步提高測量精度。