CN107491009B - 一种轴角传感器信号同步采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴角传感器信号同步采集方法，实现该方法的电路由轴角信号转换器、SDRAM存储器、FPGA、数字隔离器组成，可以对多通道、不同类型轴角传感器的模拟信号进行并行输入采集。每个通道输入的轴角传感器信号通过轴角信号转换器转换成数字信号送入FPGA。同步采集信号通过数字隔离器传送至FPGA，由FPGA中设计的FIFO接口连接SDRAM，实现采集数据和时标信息的实时存储和读取。本发明具有如下显著优点：采用新型轴角信号转换器，转换分辨率高达19位，采集通道4路，信号电压范围5～90V；采集数据和时间信息实现并行同步存储和读取，实时性强，读写速度可达128Mbps；电路器件紧凑，体积小，能够适应军用恶劣环境要求。

Description

一种轴角传感器信号同步采集方法
技术领域
本发明是属于传感器测量技术领域，特别是一种轴角传感器信号同步采集方法。
背景技术
在军用控制与测试领域，尤其是天线、导航系统中方位、俯仰信号测试系统中，需要实时同步测试不同类型轴角传感器信号。在同一测量系统中轴角传感器信号存在不同电压、频率、转速等参数，需要采集方法能够适应不同传感器信号变化，并实现角度数据的同步采集和实时记录。目前现有的轴角传感器信号采集方法主要有两种实现方式：一是采用多通道分时切换方式，只用一个单通道轴角转换器完成多通道数据采集，这种分时采集方式，采集分辨率高，但每通道采样率低，无法实现多通道同步采样；二是采用多个轴角转换器分别采集每个轴角传感器信号，这种方式能够实现同时采集，但是由于采集数据无法实时存储，只能实时发送至测试系统，由于测试系统计算机并行传输接口受到系统软件运行速度限制，导致该方法采样周期长，不能满足先进测试系统对轴角信号多通道采集实时性的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有轴角信号采集方法的不足，提出一种多通道高采样率，并具有同步触发采集功能的轴角传感器信号采集方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种轴角传感器信号同步采集方法，其特点是，实现该方法的电路由轴角信号转换器、SDRAM存储器、FPGA和数字隔离器组成，对多通道、不同类型轴角传感器输出的信号进行同步数据采集，每个通道输入的轴角传感器信号通过轴角信号转换器实时转换成16~19位分辨率的数字角度量，数字角度量通过数字隔离器隔离后传送至FPGA；每个数字隔离器自带隔离电源，从而保证个采集通道间的信号隔离，互不干扰；FPGA内部设计与测试系统同步的时钟定时器，将自动采集数字角度量打上时标信息；通过FPGA中专门设计的FIFO接口电路将带有时间信息的采集数据送至外部SDRAM存储器暂存。在接收到测试系统发出的各通道数据读取信号后，FPGA将各通道的采集角度值通过测试系统的串行或并行数据总线送至外部系统。测试系统通过读取数据的时标信息，可将采集的轴角传感器角度数据与系统时钟实现同步。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的轴角传感器信号采集方法，其特点是，所述的FPGA的内部电路包括输入输出单元、时钟定时器、FIFO接口逻辑单元、FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM状态控制器、SDRAM数据控制器和SDRAM指令控制器。
外部晶振产生输入时钟进入时钟定时器，定时器由外部输入单元进入的触发信号控制定时器启动或停止。定时器产生的时标数据，同轴角转换器采集数据一同接入FIFO接口逻辑单元。时标和采集数据经FIFO接口逻辑单元进行数据处理，和并为一组存储数据，送入FIFO输入输出缓存器。FIFO输入输出缓存器接入SDRAM状态控制器，SDRAM状态控制器依据SDRAM具体型号的控制方法设计。
FIFO接口逻辑单元同时接入FIFO地址管理器，FIFO地址管理器依据SDRAM状态控制器的控制指令转换出FIFO地址送入SDRAM指令控制器。SDRAM状态控制器作为SDRAM核心，分别控制FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器。最终SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器分别将数据和地址信号接入外部SDRAM器件。
本发明所述的FPGA（现场可编程门阵列）可以选用现有技术中公开的任何一种能够满足本设计方法配置要求的FPGA器件，优选按本发明所述的FPGA配置方式。本发明中所有的器件名称、电路名称、信号定义的缩写如无特别说明，均采用现有技术中的常规定义和解释。
与现有技术相比，本发明方法的显著优点为：
（1）采用SDRAM与FPGA组合采集方法，采集数据和时间信息实现并行同步存储和读取，实时性强；读写速度可达128Mbps；电路器件紧凑，体积小，能够适应军用恶劣环境要求。
（2）轴角传感器信号采用新型轴角信号转换器，转换分辨率高达19位，采集通道4路，信号电压范围5～90V。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是FPGA内部电路框图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
结合图1、2，一种轴角传感器信号同步采集方法，实现该方法的电路由轴角信号转换器、SDRAM存储器、FPGA、数字隔离器组成，对多通道、不同类型轴角传感器输出的信号进行同步数据采集，每个通道输入的轴角传感器信号通过轴角信号转换器实时转换成16~19位分辨率的数字角度量，数字角度量通过数字隔离器隔离后传送至FPGA；每个数字隔离器自带隔离电源，从而保证个采集通道间的信号隔离，互不干扰；FPGA内部设计与测试系统同步的时钟定时器，将自动采集数字角度量打上时标信息；通过FPGA中专门设计的FIFO接口电路将带有时间信息的采集数据送至外部SDRAM存储器暂存。
在接收到测试系统发出的各通道数据读取信号后，FPGA将各通道的采集角度值通过测试系统的串行或并行数据总线送至外部系统。测试系统通过读取数据的时标信息，可将采集的轴角传感器角度数据与系统时钟实现同步。
结合图2，以上所述的轴角传感器信号采集方法，其特点是，所述的FPGA的内部电路包括输入输出单元、时钟定时器、FIFO接口逻辑单元、FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM状态控制器、SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器。
外部晶振产生输入时钟进入时钟定时器，定时器由外部输入单元进入的触发信号控制定时器启动或停止。定时器产生的时标数据，同轴角转换器采集数据一同接入FIFO接口逻辑单元。时标和采集数据经FIFO接口逻辑单元进行数据处理，合并为一组存储数据，送入FIFO输入输出缓存器。FIFO输入输出缓存器接入SDRAM状态控制器，SDRAM状态控制器依据SDRAM具体型号的控制逻辑设计。
FIFO接口逻辑单元同时接入FIFO地址管理器，FIFO地址管理器依据SDRAM状态控制器的控制指令转换出FIFO地址送入SDRAM指令控制器。SDRAM状态控制器作为SDRAM控制核心，分别控制FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器。最终SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器分别将数据和地址信号接入外部SDRAM器件。

Claims (1)

1.一种轴角传感器信号同步采集方法，其特征在于：实现该方法的电路由轴角信号转换器、SDRAM存储器、FPGA和数字隔离器组成；通过对多通道、不同类型轴角传感器输出的信号进行同步数据采集，将每个通道输入的轴角传感器信号通过轴角信号转换器实时转换成16~19位分辨率的数字角度量，数字角度量再通过数字隔离器隔离后传送至FPGA；每个数字隔离器自带隔离电源，保证各采集通道间的信号隔离；FPGA内部设计与测试系统同步的时钟定时器，将自动采集数字角度量打上时标信息；通过FPGA的FIFO接口电路将带有时间信息的采集数据送至外部SDRAM存储器暂存；
在接收到测试系统发出的各通道数据读取信号后，FPGA将各通道的采集角度值通过测试系统的并行数据总线送至外部系统；测试系统通过读取数据的时标信息，将采集的轴角传感器角度数据与系统时钟实现同步；
所述的FPGA的内部电路包括输入输出单元、时钟定时器、FIFO接口逻辑单元、FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM状态控制器、SDRAM数据控制器和SDRAM指令控制器；
外部晶振产生输入时钟进入时钟定时器，定时器由外部输入单元进入的触发信号控制定时器启动或停止；定时器产生的时标数据，同轴角转换器采集数据一同接入FIFO接口逻辑单元；时标和采集数据经FIFO接口逻辑单元进行数据处理，合并为一组存储数据，送入FIFO输入输出缓存器；FIFO输入输出缓存器接入SDRAM状态控制器，SDRAM状态控制器依据SDRAM具体型号的控制逻辑设计；
FIFO接口逻辑单元同时接入FIFO地址管理器，FIFO地址管理器依据SDRAM状态控制器的控制指令转换出FIFO地址送入SDRAM指令控制器；SDRAM状态控制器作为SDRAM控制核心，分别控制FIFO输入输出缓存器、FIFO地址管理器、SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器；最终SDRAM数据控制器、SDRAM指令控制器分别将数据和地址信号接入外部SDRAM器件。
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