基于PC/104总线的转台速率校准卡的设计

　　引言

　　转台是检测、校验陀螺必不可少的设备。由于有不同种类、不同功用的陀螺，出现多种型号的转台。除了极少数的高精度转台(惯导级的)具有速率输出校准装置，其余绝大多数是中低精度转台，都没有速率输出接口。鉴于陀螺的重要性，对转台的主要指标速率进行校准是很有必要的。因为转台的总体存量很大，型号各异，所以研制一套通用的转台速率校准装置有着重大的意义。本课题采用高精度速率陀螺直接标定中低精度转台的速率，配合计算机技术进行补偿和拟合，可以简便易行地实现对多种转台的速率校准。用于转台速率较准的测试原理如图1。本文介绍的是转台校准装置中的核心模块转台速率校准卡的设计。

图1 转台速率校准原理图

　　1 整体设计

　　转台速率校准卡的结构框图如图2所示。整个转台速率校准卡主要由SPI接口电路、数据采集电路、数字隔离电路、无线传输电路和电平转换电路几部分组成。

　　SPI接口电路是由CPLD器件组成，负责PC104处理器与具有SPI总线的外围设备进行数据交换。数据采集和数字隔离电路，是由A/D转换器、基准电压源和数字隔离模块组成，负责将速率陀螺输出的模拟信号通过高精度的A/D转换器转换成数字信号，并将数字信号进行数字隔离，隔离后的数据通过SPI接口送入主处理器。无线传输和电平转换电路，是由无线传输模块、电平转换器以及电源模块构成，电路负责将送入内存的高精度速率陀螺的数据，通过无线传输模块的发射，传送给地面的计算机，并运用软件对数据进行分析和处理。

图2 转台速率校准卡的结构

　　2 SPI接口电路

　　2.1 基于CPLD器件的SPI设计结构

　　在总线接口电路的设计中，采用了具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件CPLD取代传统的标准逻辑电路。基于CPLD设计的SPI接口其目的在于为PC104的处理器扩展SPI接口的功能。能够实现PC104总线与SPI总线之间的通信。

　　为了满足扩展SPI接口功能，基于CPLD的SPI接口必须具有以下功能：①与PC104总线的接口功能;②多位外部从机选择功能;③时钟极性和相位选择不同，有四种传输模式功能;④SPI数据传送完成标志。在SPI接口中，我们采用的芯片是EPM7128SLC-84，它的I/O接口被定义为SPI接口的控制线、数据线和地址线等。SPI接口的结构框图如图3所示。在我们设计的速率校准卡的SPI接口中，状态端RDY和片选端CS已经够用。如果外部有更多的SPI接口模块，我们可以通过软件的编程与设置，扩展更多的状态端RDY和片选端CS，并共用时钟线和数据线，实现扩展具有SPI接口的外部设备。