专利名称：一种用于陀螺控制的系统集成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成电路，尤其是一种用于陀螺控制的系统集成电路。
背景技术：
目前，在陀螺子系统外围电路有稳定回路以及信号输出处理部分，稳定 回路包括抖动稳定回路、频率稳定回路以及电流稳定回路。目前对这些回路
的控制一般都是在板级用户将代码写入FPGA中，并利用相关集成电路模块组
成的板级系统来完成。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于陀螺控 制的系统集成电路，将上述由板级系统完成的功能集成到一块芯片上，使整 个控制电路的性能得到极大的提升。
按照本实用新型提供的技术方案， 一种用于陀螺控制的系统集成电路包 括一个中央处理器，所述中央处理器通过总线仲裁模块连接总线，所述总线 上连接有模数转换模块、时钟管理模块、温度采集接口模块、脉宽调制模块、 只读存储器、随机存储器、同步串行口、异步串行口、滤波模块、随机序列 发生器模块、脉冲控制合成器模块、频率计数器模块和可编程定时器模块；
所述频率计数器模块的输出端连接滤波模块和移位模块的输入端；所述 滤波模块的输出端连接累加器和移位模块的输入端；所述累加器的输出端连 接移位模块的输入端；所述模数转换模块的输入端连接输入模拟信号；随机 序列发生器模块的输出端连接脉冲控制合成器模块的输出端，脉冲控制合成 器模块的输出端输出抖动控制信号；时钟管理模块的输入端连接外部时钟和 复位信号；温度采集接口模块连接温度传感器。
所述中央处理器为8位中央处理器，采用哈佛结构，程序存储器和数据 存储器的寻址空间都为0x0000H 0XFFFFh，内部数据存储器的寻址空间为 0x00H 0xFFH;能够提供软中断和硬中断。
所述模数转换模块为一个4通道10位模数转换模块，内含一个可编程的 运放电路。
所述用于陀螺控制的系统集成电路的引导程序固化在只读存储器中。本实用新型的优点是本实用新型在系统工作时，能够完成自启动和用 户程序的加载，根据用户指令进行工作，在单片完成复杂的系统功能，使整 个控制电路的性能得到极大的提升，縮小系统板的面积，可靠性和可维护性 得到提高，降低整个系统板的功耗，同时用户程序简易化，降低整个系统的 开发成本。
图l是本实用新型的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型所述的陀螺控制集成电路包括
一个8位中央处理器(CPU)， 8位CPU指令与ASM51指令兼容完全兼容。 该CPU核采用哈佛结构，程序存储器和数据存储器的寻址空间都为0x0000H OXFFFFh，内部数据存储器的寻址空间为OxOOH OxFFH;能够提供软中断和 硬中断。
4通道10位模数转换模块(A/D)，内含一个可编程的运放电路，通过运 放电路，用户可以将微弱的模拟信号进行放大，再进行通道选择将被选择的 模拟信号进行转换，变成数字信号。
总线仲裁模块，主要判断总线上传递的是哪个模块的数据。总线仲裁模 块根据系统指令确定对地址、数据线的选择。
时钟管理模块，电路工作时钟、复位信号由外部直接提供。芯片的复位 信号是置高有效，系统芯片的复位时间为l微秒，复位完成后芯片开始工作； 由外部提供一个系统主时钟信号， 一个复位信号，以及一个低速2KHz的时钟 信号。通过时钟/复位管理模块的分频得到一个lMHz和一个2KHz的内部同步 时钟，用户对外部和内部2KHz时钟的选择是通过对寄存器设置完成的。
温度采集接口模块，提供一个双向信号，主要功能采集外部温度传感器 传过来的周围环境温度。
脉宽调制(P丽)模块，根据寄存器设置，提供三路连续占空比渐变信号， 被调制的脉冲信号的高电平占空比正比于输入数据。
只读存储器(ROM)，主要存放电路的启动代码。
随机存储器(SRAM)，电路启动后，用来存放用户程序以及中间计算数据。 同步串行口 (SPI)，主要用于电路外部的存储器进行数据通信，上电之 后，自动将外部闪存(Flash)的程序加载到片内存储器。异步串行口 (SCI)，主要是和外部的电脑进行数据通信。
滤波模块，31阶滤波器对双向可逆计数输出值进行滤波计算；累加器模 块对该结果进行累加。
移位模块是将输出计数器的差值、计数器的累加值、滤波器结果、滤波 器结果的累加值共四类进行输出。
随机序列发生器模块，用来产生随机数。模块利用系统时钟和使能控制 位决定是否输出有效的随机数信号。
脉冲控制合成器模块，利用生成的随机数对抖动信号进行处理，并输出
相应的脉冲控制信号。由几组连续可寻址的16位寄存器完全定义三组输出脉
冲的属性，即脉冲宽度、脉冲高电平持续时间、初始相位。合成的脉冲在初 始相位定义期间，应输出低电平。
可编程定时器模块，定时读频率计数器的值。
频率计数器模块用系统时钟做同步信号，对整形后的输入信号进行计数。
本实用新型所述集成电路的SoC代码包括两个部分引导程序已被固化 在ROM中。引导程序的功能是进行用户程序加载。用户将编译好的应用程 序按一定的格式写入外部flash中。
系统通过时钟管理模块进行复位后，先执行引导程序，通过SPI总线接 口将Flash中的用户程序代码加载到SoC的用户程序RAM中。SoC加载完 毕后用户程序无条件跳转到到用户程序存储器中去执行用户程序，将滤波器 的系数读入内部存储器中。
CPU核根据用户程序对模拟信号进行四选一的操作，对选入的信号进行 放大、整形和电平转换，经过随机序列发生器模块得到新的变量，再经过倍 频鉴相、细分和双向可逆计数电路对两路方波进行解码、计数；计数结果以 及其差值都被送到移位模块中。差值输出完成角速度值的计算。频率计数器 模块用系统时钟做同步信号，对整形后的输入信号进行计数。由总线仲裁模 块根据系统指令确定对地址、数据线的选择。
温度采集接口模块能够准确采集传感器的温度并由CPU控制经异步通 信接口总线输出到计算机上。
通过对寄存器的配置，可以让异步通信接口在四种常见的通信速率9600 bp/s、 19200 bp/s、 38400 bp/s、 76800 bp/s进行工作。
将本实用新型装入系统中，接外部时钟信号、复位信号以及其他信号。
上电后，时钟管理模块产生片内需要的时钟和复位信号。复位后，中央处理器(CPU)通过只读存储器(ROM)中的Bootloader 启动程序引导，通过同步串口模块(SPI)将外部Flash中的用户程序读入片 内8KB SRAM中实现程序加载，其中包括滤波系数值也被读入放置到存储器 相应的位置。加载完成后，程序指针无条件挑转到片内8KB SRAM起始地址 处。
在电路中， 一共有三条总线，即外部数据总线、专用寄存器数据总线和 内部存储器数据总线。外部数据总线来自于外设模块的数据，外设模块有模 拟模块，脉冲调制(PWM)模块，脉冲控制合成器模块，温度采集接口模块， 滤波器模块，8K字节随机存储器，512字节只读存储器，还有用于测试的数 据也属于外部数据总线；内部存储器总线数据来自内部256字节存储器；专 用寄存器总线数据来自于CPU核定义的特殊寄存器的值。
无论是何种总线，都是由总线仲裁模块对来自不同模块数据的选择都是 通过地址和读写信号共同确认后，再完成操作。
同时10位模数转换模块通过4选1模拟开关，对来自外部四个模拟信号 进行选择控制，并将其中的一路模拟小信号进行放大、整形，可编程运放的 放大倍数都是5档可调，分别是1、 2、 4、 8、 16，每组放大器可以实现25 档的调试，最大放大倍数为256倍。经过放大、整形处理的信号将利用时钟 管理模块产生的lMHz时钟采样频率开始对其中一路模拟信号进行数据采集， 当检测到2KHz时钟产生的标志信号时，对数据结果进行累加。接着顺序开始 对下面的三路模拟信号进行数据采集，累加，依次循环。当四路数据完成采 集、累加后，IO位模数转换模块向CPU发出中断申请信号。CPU响应中断后， 可以在中断程序中读出累加结果，也可以通过査询方式实现读数据操作。
用户可以设置外部温度传感器的数量，温度采集接口模块可以对某个与 设定ID号相同的温度传感器执行采集该传感器的温度。当完成一个采集传感
器温度的采集后，将发出一个中断信号。
经过放大和整形后的抖动信号，经过随机序列发生器模块得到新的变量， 再由频率计数器模块对两路方波进行解码、计数；计数结果以及其差值都被 送到移位模块中。滤波模块对该差值进行滤波处理，结果输出到移位模块， 同时对输出结果进行累加，累加结果也送到移位模块。
在滤波器模块完成指示信号有效以后，马上自动完成对待发送的数据装 载到移位寄存器。紧接着就立即启动了一个串行数据的发送过程，移位模块 发送多种类型数据，并行转串行输出。在连续发送几次后，重复进行数据装载与发送。当判断信号高电平有效时，指示一帧数据发送结束。
根据P丽模块算法周期运算的特点，P丽模块在运算周期内不能加载新 的脉冲宽度值。当设置了新的宽度值后，该值将在一个运算周期内载入；但 在一个运算周期对同一寄存器写入两次值时，前一次写入值会无效。每路脉 冲都由12位寄存器进行设置脉冲宽度。0 7位存放在低8位寄存器，8 11 位存放在高8位寄存器的低4位。被调制的脉冲信号，高电平占空比正比于 输入数据。
整个系统集成电路芯片对数据信息的处理都可以通过异步串行口模块输 出到计算机上显示出来，用户可利用自己开发的用户程序，通过计算机对集 成电路的工作情况进行监控。
权利要求1、一种用于陀螺控制的系统集成电路，包括一个中央处理器，其特征是所述中央处理器通过总线仲裁模块连接总线，所述总线上连接有模数转换模块、时钟管理模块、温度采集接口模块、脉宽调制模块、只读存储器、随机存储器、同步串行口、异步串行口、滤波模块、随机序列发生器模块、脉冲控制合成器模块、频率计数器模块和可编程定时器模块；所述频率计数器模块的输出端连接滤波模块和移位模块的输入端；所述滤波模块的输出端连接累加器和移位模块的输入端；所述累加器的输出端连接移位模块的输入端；所述模数转换模块的输入端连接输入模拟信号；随机序列发生器模块的输出端连接脉冲控制合成器模块的输出端，脉冲控制合成器模块的输出端输出抖动控制信号；时钟管理模块的输入端连接外部时钟和复位信号；温度采集接口模块连接温度传感器。
2、 如权利要求1所述的一种用于陀螺控制的系统集成电路，其特征是 所述中央处理器为8位中央处理器，采用哈佛结构，程序存储器和数据存储 器的寻址空间都为0x0000H 0XFFFFh ，内部数据存储器的寻址空间为 0x00H 0xFFH;能够提供软中断和硬中断。
3、 如权利要求l所述的一种用于陀螺控制的系统集成电路，其特征是: 所述模数转换模块为一个4通道10位模数转换模块，内含一个可编程的运放 电路。
4、 如权利要求l所述的一种用于陀螺控制的系统集成电路，其特征是: 所述用于陀螺控制的系统集成电路的引导程序固化在只读存储器中。
专利摘要本实用新型涉及一种用于陀螺控制的系统集成电路，包括一个中央处理器通过总线仲裁模块连接总线，总线上连接有模数转换模块、时钟管理模块、温度采集接口模块、脉宽调制模块、只读存储器、随机存储器、同步串行口、异步串行口、滤波模块、随机序列发生器模块、脉冲控制合成器模块、频率计数器模块和可编程定时器模块；频率计数器模块的输出端连接滤波模块和移位模块的输入端；滤波模块的输出端连接累加器和移位模块的输入端；累加器的输出端连接移位模块的输入端；随机序列发生器模块的输出端连接脉冲控制合成器模块的输出端。本实用新型在系统工作时，能够完成自启动和用户程序的加载，根据用户指令进行工作，在单片完成复杂的系统功能。
文档编号G05B19/04GK201434985SQ20092004290
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者于宗光, 静 罗, 虞致国, 锋 陆, 魏敬和 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所