原创《基于FPGA飞控采集器设计》：本论文为您写飞控毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
摘 要：文章对机载测试系统中数字飞控采集器的重要性和必要性进行简要分析,介绍了飞控采集器的总体设计,对各个板卡的设计和功能进行了阐述,详细描述了电源模块、控制单元、I/O输入输出和数据接收单元.
关键词：飞行试验；飞控计算机；设计
中图分类号：V217 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）02-0120-02
Abstract： This paper briefly analyzes the importance and necessity of the digital flight control collector in the airborne test system, introduces the overall design of the flight control collector, and expounds the design and function of each board card. The power module, control unit, I/O input and output unit and data receiving unit are described in detail.
Keywords： flight test； flight control computer； design
1 概述
飞行试验是在真实的环境条件下对航空装备进行各种鉴定、考核、调试,对各种航空新技术进行研究和验证[1].机载测试是试飞中的一个基础和关键环节,它的工作直接关系到飞行试验的结果.机载测试系统是指安装在飞机上的测试设备的总称,它通常包括传感器、信号调节器、数据采集器、机载记录设备、测试时统和GPS定位设备等.作为机载测试系统的关键部分,数字飞控采集器主要用来采集数字飞控数据,具体包括飞机的各操纵面位置指令、姿态及状态信息等.通过这些数据的分析和处理,得出和飞机状态相关的若干鉴定结论,从而为飞机设计的改进提供可靠的依据.同时,通过遥测传输系统将和飞行安全有关的数据实时传送至地面安全监控中心,地面指挥员能够严密监控所关注的飞行数据,一旦出现危及飞机安全的状态,能够迅速做出决策并指挥.因此,数字飞控采集器在飞机的飞行试验过程中具有非常重要的作用.
2 数字飞控采集器总体设计
数字飞控采集器负责采集飞机飞控计算机系统输出的4路1553B数据总线信号,并将采集到的100%总线信息叠加时间信息后转换成100%飞控PCM数据流输出,最终通过数字记录设备进行记录.所记录数据既可用于飞行试验后期数据处理,也可重现飞控系统的飞行数据.同时,可通过用户定义选择总线上的部分信息形成一条可选数据流输出,即对数据块进行编程,选取关注参数并进行时间标识,最终形成PCM数据流进行输出.这些可选参数在采集的同时可进行实时监控,这也能够更加有效获取飞行试验过程中相关飞行安全数据.数字飞控计算机的系统框图如图1所示.
由图可知,数字飞控采集器主要由4部分组成,分别为电源单元、控制板单元、I/O输入输出单元和数据接收单元.
3 单元设计和功能分析
3.1 电源模块
电源模块为整个系统理工电源,其核心部件是DC/DC转换器件.电源模块将输入机上28V直流电源转换成采集器需要的±15V（模拟电源和传感器激励电源）、+3.3V、GND、1.2V共四种电压.在输入为+18～+32V范围内电源模块能正常工作.输入电源入口采取滤波措施,消除传导干扰,从而满足电磁兼容性要求.此外,电源板所需的1.8V、2.5V、5V等电源均由+3.3V转换而来.
3.2 控制单元
控制单元（CCU）和I/O输入输出单元（作为前者的子板）共同构成采集器的控制部分.其中,I/O输入输出单元通过相关的解调电路,将 GPS时码发生器输出的IRIG-B AC码转换为串行的时钟+数据的数字信号,并将该信号传递至 控制单元,最终为整个采集系统提供一个时间基准.
控制单元是基于FPGA的SOPC（System On Programmable Chip简称可编程片上系统）系统[2],系统集成了NIOS-II/f软核处理器、USB2.0控制器、上位机接口、并行FLASH存储器、SDRAM、40M晶振、FPGA的JTAG接口、内部32位总线接口、以太网接口、I/O板接口、通用外设和专用外设（100%PCM和部分PCM输出模块）等.基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统在不增加芯片数量的基础上,具有强大的灵活性、开发周期短、成本低且可现场配置及系统重构.不仅系统集成度高,功能也更加强大.作为整个系统的核心,它是所有传输交互的发起方.其主要功能有：
（1）上电初始化；
（2）系统板卡扫描；
（3）通过USB口实现上位机对整个采集器所有板卡的
配置,包括板扫描、配置讀、配置写、IO读、IO写、存储器读、存储写等；
（4）将采集到的数据信号通过自研总线传送到FPGA
进行处理并通过PCM输出模块将信号按照相应格式进行输出.
其中,USB2.0接口设计包括接口的硬件设计、控制器芯片的固件开发、上位机驱动及编程加载软件开发等,同时设置全速工作模式（理论速率可达480Mbps）用以监测、记录USB端口的实时数据.
3.3 I/O输入输出单元
在数据传输过程中,为满足传输距离和可靠性的要求,控制板四路通道的全部输出信号均采用EIA-RS-422A的电气标准进行的输出驱动.因此,需将单端的输出信号转换为差动信号进行输出.I/O单元作为 控制单元的子板,二者通过软线连接.其主要功能有：100%PCM输出驱动和部分PCM输出驱动.其中,控制单元的100%PCM输出就是将采集到的四路数据按照用户编程设置的PCM帧格式进行输出,在输出数据流中需对总线信息进行时间标识,时间标识的分辨率为1μs,标识的时刻为命令字同步头的过零点.整个输出模块包括5个信号,具体为：输出数据、字时钟、位时钟、子帧和全帧时钟,1个数据+4个时钟；部分PCM输出的模块则包括输出的数据、位时钟、字时钟、帧时钟,1个数据+3个时钟共4个信号.此外,两种输出均由单端变成RS422差动输出.
飞控论文参考资料：
结论：基于FPGA飞控采集器设计为关于本文可作为相关专业飞控论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文飞控是什么论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
