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基于FPGA的倾角传感器信号处理

庞勤  
【摘要】:测斜技术是确定物体在空间的倾斜和倾向的专门技术,它应用于空间飞行器的惯性测量系统、车船体倾斜测量、工程钻孔轨迹检测等许多方面。加速度计式的倾角传感器在不同的领域均有应用,例如航海器,机器监控等,多轴加速度式的倾角传感器测斜在许多工程中得到应用。对于测量电路后端的信号处理部分可采用的方法较多。在本论文选用FPGA作为载体来实现倾角传感器输出信号的处理。 本论文研究内容设计的是倾角传感器的信号经A/D转换后,通过串口传入FPGA实验板,FPGA中的模块包括端口模块,算术运算单元模块等,通过建立数学模型,输入倾角传感器的测量值,输出值为俯仰角θ和滚转角γ,其优势在于可以实时的处理倾角传感器的测量值。本论文所涉及的方面包括FPGA设计流程、EDA工具、设计语言、硬件算法适用性比较。 在本论文的内部设计中包括系统自顶向下设计的模块分解设计和总体模块综合,对于传感器的信号处理的数学模型的建立,建立传感器测量的坐标轴体系,在算术模块设计中,针对不同算术模块采用了不同的硬件算法:乘法模块采用了Booth算法,在三角函数和开平方函数的实现中采用了CORDIC算法,并分析CORDIC算法实现不同函数时初始值设定,迭代次数对精度的影响,优化了该算法的迭代结构,并通过仿真结果与一般的数值方法比较,可以直观的看出算法的优势,针对本论文的要求设计了通用异步串口接收模块,包括串并转化和并串转换模块。并作了整个模块的信号处理的总体设计,分析输出值的精度。


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