摘要：隨著現代導航技術的發展，慣性導航作為一種自主導航技術已經廣泛應用于多種武器系統中，而導航計算機又是捷聯式慣導的核心部件。文章提出了一種采用基于DSP的某型導航計算機模塊的解決方案，設計方案采用雙處理器TMS320C6713，對數字電路接口實現了光電隔離，采用 FPGA實現對多路信號的核心處理，并具有CAN總線通信接口。本文對計算機單元的硬件設計與實現方法進行了較為詳盡的描述。該計算機單元滿足了某型武器慣性導航系統的使用需求。

引言

隨著現代武器技術的發展，作為慣性導航系統控制核心的計算機單元，其一體化和集成度越來越高、接口越來越豐富。本文以某型導航計算機模塊的需求作為背景，介紹了一種基于雙DSP(TMS320C6713)和FPGA的計算機模塊的硬件設計與實現方案，較好得滿足了導航計算機的各控制需求，同時具有小型化和一體化的特點。

1 總體設計

導航計算機板由兩個DSP構成，主要功能是定時采集三路陀螺正交編碼信號、三路加速度計的輸入和里程計輸入信號，并對采集的數據進行必要的處理，以實現導航解算;同時將采集數據通過RS422總線和CAN總線發送給地面監測設備;通過RS422總線接收相關的命令和相關的參數。計算機系統結構見圖1所示。

計算機單元各控制接口豐富，其主要功能模塊包括：處理器相關電路、正負脈沖信號處理電路、正交方波信號處理電路、異步串行接口電路、AD測溫電路、CAN總線接口電路、開關量輸入輸出電路、模擬量輸入電路、電源轉換電路和FPGA等。

2 詳細設計

由于計算機單元接口眾多，在詳細設計中僅對主要的以下電路作出介紹：處理器相關電路、正負脈沖信號處理電路、正交方波信號處理電路、AD測溫電路和CAN總線接口電路。

2. 1 處理器及其外圍電路

處理器及其外圍電路包括雙TMS320C6713處理器、時鐘電路、JTAG驅動電路、復位電路、存儲器電路。

雙DSP各自具有不同的控制功能分工，兩者均通過各自的EMIF局部總線和FPGA通信，訪問和控制FPGA中不同的控制功能模塊，兩者之間可以通過雙端口RAM存儲器實現互相通信。

處理器最高工作頻率200MHz，最大處理能力1200MFLOPS，通過EMIF局部總線實現對SDRAM和FLASH存儲器的無縫接口，單片支持4路外部中斷，片內兩路32位定時器。

2.2 正負脈沖信號處理電路

信號形式為正交方波信號(需隔離、整形)，5V TTL信號，正交方波信號先經過RC濾波電路和保護二極管，然后經過光隔進入FPGA。

5路正負脈沖信號輸入為可逆脈沖，頻率最高256KHz，每個通道加速度計輸入包括3路信號，分另0是G+(H+、I+、E+、F+)、G-(H-、 I-、E-、F-)、GND(公共地)，G+信號上有脈沖時計數值增加，G-信號上有脈沖時計數值減少，上電默認值為滿量程的中間值，當采樣時鐘中斷產生時，將計數結果存入鎖存器內。設計時5路信號分別采用32位同步可逆計數單元來實現，正負脈沖和鎖存信號均經同步處理，同步時鐘為DSP1的系統時鐘，鎖存信號為經分頻后的采樣時鐘S_CK。32位同步可逆計數單元結構圖如圖2所示。讀一次鎖存器內的32位計數值需進行兩次讀操作，分別讀出低16位和高 16位數值，然后整合。

2.3 正交方波信號處理電路

3對正交方波信號由3個通道輸入，每個通道包括A+A-、B+B-、C+C-信號和各自獨立地線。信號形式為正交方波信號(需隔離、整形)，5V TTL。

當A+相超前A-相90度時計數值增加，當A+相落后A-相90度時計數值減少，頻率最高1MHz。信號進入FPGA后首先進行數字濾波處理，濾波后的信號再進行鑒相，產生四倍頻的可逆脈沖信號，然后對可逆脈沖進行計數，當同步方波中斷產生時，將計數結果存入鎖存器內。信號在濾波后鑒相，得到可逆脈沖后進入32位同步可逆計數單元(圖2)，此時的同步時鐘為DSP1系統時鐘，鎖存信號為同步方波中斷。正交方波計數電路原理如圖3。

信號進入FPGA后經過一個4位延遲數字濾波器，數字濾波器參考了積分解碼器/計數器芯片HCTL2000的設計，原理如圖4所示。根據原理圖，數字濾波器的輸入信號必須在三個連續的時鐘上升沿保持同一電平，才能夠通過4位延遲移位寄存器，因此小于兩個時鐘周期的噪聲脈沖都被抑制掉。

每路正交方波的兩個信號經過數字濾波器輸出后，進入鑒相電路，經過處理后，變為四倍頻的可逆脈沖信號，鑒相電路原理見圖5所示。以X正交輸入為例，兩路輸入信號A、B分別經過兩級移位寄存器，A經過第二級的輸出信號命名為C，B輸出信號分別是D，最后輸出分別得到正、負通道信號+x和-X，(AD)(not(BC))，-X=(BC)(not(AD))。這種鑒相電路具有較強的抗干擾能力，即使A或B輸入上有噪聲信號通過前面的濾波電路，也會在+X和-X上產生對稱的脈沖而互相抵消掉，最后信號輸入至32位同步可逆計數單元(圖2)。

2.4 AD測溫電路

測溫信號包括3路測溫電阻輸入。設計中，測溫電阻、恒流源與3個高精度電阻組成電橋，如圖6所示，電橋兩臂中點分別接入運算放大器，壓差信號經同向比例放大后由AD轉換芯片采集溫度測試結果。調理放大后的電壓信號由AD轉換芯片采樣后輸入DSP1，AD轉換芯片采用串行接口(SPI)芯片，與DSP1的 McBSP0接口連接。

2.5 CAN總線接口電路

CAN總線接口電路包括CAN協議芯片和總線收發器，工作時鐘16MHz，協議芯片與收發器之間采用光隔進行隔離。CAN協議芯片使用AD總線，需要 FPGA將DSP的地址數據總線與AD總線進行轉換。因為隔離的需要，CAN總線電路需要一路隔離5V電源為收發器和光耦提供電源。CAN總線電路如圖7 所示。

3 結束語

本文介紹了一種導航計算機模塊的設計與實現方法，此設計方法具有集成一體化、處理能力強和接口豐富的特點，并且設計中使用了雙DSP結合FPGA的架構。所有控制通信接口實現光電隔離，對核心計數信號均有濾波整形處理，并配有AD測溫電路。本文對導航計算機的設計具有一定的參考價值。