一种光纤速率陀螺用计算机电路的制作方法

1.本实用新型属于光纤速率陀螺领域，涉及一种高可靠、小型化计算机电路。


背景技术：

2.光纤速率陀螺用高可靠、小型化计算机电路是光纤速率陀螺中用于向光纤陀螺仪发送配置参数，对光纤陀螺仪输出的数据进行采集，向遥测电路、控制电路输出rs485信号并实现陀螺仪表参数的上传功能的电路。其可靠性、体积直接与光纤速率陀螺的可靠性和小型化相关。目前光纤速率陀螺使用的计算机电路主要为dsp+fpga、fpga、dsp+lc(逻辑电路)这三种架构，dsp+fpga架构是目前应用的最广泛的，光纤速率陀螺广泛应用，其灵活性适应性强，但其周围电路电源种类多、fpga布线一致性不能保证、fpga芯片大部分为bga或clcc封装，焊接可靠性和力学环境适应性均较差；fpga架构的电路其尺寸小，但其灵活性差，数据处理精度不高；dsp+lc架构尺寸相对较大，灵活性也较差，但其数据处理精度和力学环境适应性均较好。且其可靠性和精度是光纤速率陀螺的重要指标的主要方向，所以提升这两个指标相当重要，
3.采用上述三种方式的光纤速率陀螺计算机电路，各有优劣，但很难兼顾可靠性、精度、尺寸这三方面的指标。


技术实现要素：

4.本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光纤速率陀螺用计算机电路，兼顾可靠性、精度、尺寸三方面性能指标。
5.本实用新型的技术解决方案是：一种光纤速率陀螺用计算机电路，包括dsp模块、存储模块、asic模块、rc复位模块、dsp与asic通信匹配电路、上传接口电路、遥测配置复用接口电路、控制接口电路、陀螺仪数据接口电路；
6.dsp模块，dsp模块的xf1管脚连接陀螺仪输出的上传开关输出信号；dsp模块的xf0管脚连接遥测配置复用接口电路的控制端；dsp模块的外部中断信号和复位信号与asic模块连接；复位后的一段时间内，检测陀螺仪发出的上传开关输出信号，如检测到上传开关输出信号，则读取asic存储的陀螺仪上传接口输出的数据；响应asic模块发送的中断信号，对asic模块采集的陀螺仪测量数据进行二次采集并进行零位补偿，将补偿处理之后的数据反馈给asic模块；
7.asic模块，带有两个串口接口，一个串口连接陀螺仪的上传接口电路和遥测配置复用接口电路，另一个串口连接和陀螺仪数据接口电路和控制接口电路；复位之后，产生固定频率的脉冲信号作为中断信号发送给dsp模块，同时，通过陀螺仪数据接口采集陀螺仪表的姿态信息，发送给dsp模块；收到dsp模块发送的陀螺仪配置指令后，通过遥测配置复用接口电路将配置信息输出至陀螺仪配置接口，完成陀螺仪配置；将补偿后的陀螺仪测量数据作为遥测数据输出；响应rc复位请求及看门狗复位功能，输出复位信号给dsp处理器；
8.rc复位模块连接asic模块，用于上电后对asic模块进行上电复位；
9.存储模块，与dsp连接，用于存储dsp程序，上电后实现dsp程序的加载；
10.上传接口电路，一端连接asic模块，另一端连接陀螺仪的上传开关输出信号和陀螺仪上传接口；
11.遥测配置复用接口电路，一端连接asic模块，连接遥测输出接口和陀螺仪配置接口；
12.dsp与asic通信匹配电路，连接dsp模块和asic模块，用于实现dsp芯片与asic芯片的读写时序匹配。
13.所述存储模块为prom模块或者eeprom模块；存储模块写使能信号通过短路子与上拉电路连接。
14.所述上传接口电路包括rs485收发器、光耦隔离器、第一施密特整形器；
15.陀螺仪上传串口输出信号经rs485收发器后进入光耦隔离器进行光电隔离，隔离完成后输入到第一施密特整形器进行整形输出至asic模块；
16.上传开关输出信号输入到光耦隔离器进行光电隔离，隔离完成后输入到施密特整形器进行整形输出至dsp模块的xf1管脚。
17.所述遥测配置复用接口电路包括电平转换器、光耦隔离器、rs485收发器；
18.dsp芯片xf0产生dsp配置陀螺开关信号输出至电平转换芯片，上电时xf0引脚为低电平状态，电平转换芯片选择对陀螺仪进行配置，配置数据经过电平转换芯片输出给陀螺仪表进行配置，配置完成后dsp软件将该引脚置高，电平转换芯片选择对外遥测输出，输出信号经过电平转换芯片后输入光耦进行隔离，隔离后输出给rs485收发器转换成差分信号进行最终遥测输出。
19.所述控制接口电路包括电平转换器、光耦隔离器、rs485收发器；控制数据经过电平转换芯片后输入光耦隔离器进行光电隔离，隔离后输出给rs485收发器转换成差分信号输出。
20.所述的dsp模块与asic模块均为pga封装。
21.所述陀螺仪数据接口电路包括第二施密特整形器；
22.第二施密特整形器将陀螺仪输出的数据进行整形输出至asic模块。
23.所述asic模块选用芯片bm2844。
24.dsp模块选用js320c31l。
25.所述asic模块的尺寸不超过30mm
×
30mm。
26.本实用新型与现有技术相比的优点在于：
27.(1)、本实用新型采用了dsp+asic架构兼顾了光纤速率陀螺的可靠性、小型化和精度三个指标。
28.(2)、本实用新型asic选用芯片bm2844实现，所有程序均通过硬件方式在芯片上进行了固化，减小了程序被改写的可能，提高了计算机电路的可靠性，其集成了包含多个功能模块，减小了整个计算机电路的体积。
29.(3)、本实用新型的上传开关输出接收电路及上传串口输出接收电路，实现了光纤速率陀螺的不开盖上传陀螺仪表参数功能，提升了光纤速率陀螺的维护效率。
30.(4)本实用新型的eeprom在电路上可通过可靠性更高的prom进行替换，在不替换的情况下，通过硬件方式对其写管脚禁用，减小了eeprom在环境应力下程序被改写的风险。
31.(5)、本实用新型的遥测接口电路可实现陀螺仪配置和遥测输出双重功能，减小了整个电路的体积，增加了陀螺仪表的使用灵活性。
32.(6)、本实用新型的dsp与asic通信匹配电路可实现dsp芯片与asic芯片的读写时序匹配，在提升了电路的可靠性的同时，减少了重新定制asic芯片的成本及可靠性及进度风险。
33.(7)、本实用新型dsp与asic芯片均为pga封装，力学环境适应性好。提升了整机光纤速率陀螺的力学环境适应性。
附图说明
34.图1为本实用新型一种光纤速率陀螺用高可靠、小型化计算机电路的组成原理框图；
35.图2为本实用新型rc复位电路原理图；
36.图3为本实用新型dsp与asic通信匹配电路原理图；
37.图4为本实用新型上传接口电路原理图；
具体实施方式
38.以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
39.如图1所示，本实用新型提供的一种光纤速率陀螺用计算机电路的实施例包括dsp模块、存储模块、asic模块、rc复位模块、dsp与asic通信匹配电路、上传接口电路、遥测配置复用接口电路、控制接口电路、陀螺仪数据接口电路。该实施例中，所述的dsp模块与asic模块均为pga封装，力学环境适应性好。
40.(1)、dsp模块
41.dsp模块采用中电58所生产的js320c31l为核心的芯片构成，其时钟输入为22.1184mhz，供电为5v。dsp模块的xf1管脚连接陀螺仪输出的上传开关输出信号，用于判断是否属于上传数据模式；dsp模块的xf0管脚连接遥测配置复用接口电路的控制端，用于控制遥测接口电路中电平转换芯片的状态，以实现遥测输出与陀螺仪配置接口功能的切换；dsp模块的外部中断信号和复位信号与asic模块连接；复位后的一段时间内，检测陀螺仪发出的上传开关输出信号，如检测到上传开关输出信号，则读取asic存储的陀螺仪上传接口输出的数据；响应asic模块发送的中断信号，对asic模块采集的陀螺仪测量数据进行二次采集并进行滤波和零位补偿处理，将补偿处理之后的数据反馈给asic模块。
42.(2)、asic模块
43.asic模块采用航天772所生产的bm2844芯片，所有程序均通过硬件方式在芯片上进行了固化，减小了程序被改写的可能，提高了计算机电路的可靠性，其集成了包含多个功能模块，减小了整个计算机电路的体积。所述bm2844芯片带有两个串口接口，一个串口连接陀螺仪的上传接口电路和遥测配置复用接口电路，另一个串口连接和陀螺仪数据接口电路和控制接口电路；复位之后，产生固定频率的脉冲信号作为中断信号发送给dsp模块，同时，通过陀螺仪数据接口采集陀螺仪表的姿态信息，发送给dsp模块；收到dsp模块发送的陀螺仪配置指令后，通过遥测配置复用接口电路将配置信息输出至陀螺仪配置接口，完成陀螺仪配置；将补偿后的陀螺仪测量数据作为遥测数据输出；响应rc复位请求及看门狗复位功
能，输出复位信号给dsp处理器。
44.如图1所示，asic模块主要包含包括dsp通信模块、复位模块、译码模块、中断管理模块、分频模块、第一串口通信接口模块、第二串口通信接口模块；
45.dsp通信模块，与dsp与asic通信匹配电路连接，实现与dsp芯片的数据交互功能；
46.复位模块，响应rc复位请求及看门狗复位功能，输出复位信号给dsp处理器；
47.译码模块，实现dsp对存储器的读、写地址译码；
48.中断管理模块，完成对dsp外部中断的中断管理功能；
49.分频模块，实现对输入时钟信号的分频功能，分频时钟频率＝输入时钟频率/分频数，生成中断信号；
50.第一串口通信接口模块，实现带16个字节fifo的通用串口功能，可实现串口发送、接收时波特率、校验方式及停止位数的分别配置。
51.第二串口通信接口模块，实现带32个字节fifo的通用串口功能，可实现串口发送、接收时波特率、校验方式及停止位数的分别配置
52.本实施例中，上述asic模块的尺寸不超过30mm
×
30mm。
53.(3)rc复位模块
54.rc复位模块连接asic模块，用于上电后对asic模块进行上电复位。
55.如图2所示，rc复位电路由电容c44、电容c45、电阻r34、二极管v5、施密特反相器d2e、施密特反相器d2f组成。所述二极管型号为2dk030，施密特反相器d2e和施密特反相器d2f型号为jc40106r，电容c44和电容c45的容值均为10uf，电阻电阻r34的阻值为10kω。
56.电阻r34的一端连接供电电源另一端连接二极管v5的正极，二极管v5的负极连接供电电源，二极管的正极连接电容c44的正端和施密特反相器d2e的输入端，电容c44的负端连接电容c45的负极，电容c45的负极接地；施密特反相器d2e与施密特反相器d2f串联，施密特反相器d2f的输出端连接dsp的复位端。
57.上述rc复位电路实现rc上电复位功能，其复位时间为100ms，其输出连接asic芯片复位引脚，实现asic芯片复位。
58.(4)存储模块
59.存储模块与dsp连接，用于存储dsp程序，上电后实现dsp程序的加载。
60.优选地，所述存储模块为prom模块或者eeprom模块；存储模块写使能信号通过短路子与上拉电路连接。
61.eeprom采用中电58所生产的sm9990，其片选由asic译码模块产生。
62.所述的eeprom在电路上可通过可靠性更高的prom进行替换，在不替换的情况下，通过硬件方式对其写管脚禁用，减小了eeprom在环境应力下程序被改写的风险。
63.(5)、上传接口电路
64.上传接口电路一端连接asic模块，另一端连接陀螺仪的上传开关输出信号和陀螺仪上传接口。
65.优选地，所述上传接口电路包括rs485收发器、光耦隔离器、第一施密特整形器；
66.陀螺仪上传串口输出信号经rs485收发器后进入光耦隔离器进行光电隔离，隔离完成后输入到第一施密特整形器进行整形输出至asic模块；
67.上传开关输出信号输入到光耦隔离器进行光电隔离，隔离完成后输入到施密特整
形器进行整形输出至dsp模块的xf1管脚。
68.上传接口电路如图4所示，包含电容c60、电容c61、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电阻r51、rs485收发器n3、光耦隔离器d12、施密特整形器d3b、施密特整形器d3c、施密特整形器d3d、电容c62、电容c63、电容c64、电容c65、电容c66、电阻r47、电阻r39、二极管v6、二极管v7。
69.电容c60、电容c61串联之后跨接在rs485收发器n3的差分接收正端与负端之间；电阻r50、电阻r51串联之后也跨接在rs485收发器n3的差分接收正端与负端之间；rs485收发器n3的差分接收正端串联电阻r48连接遥测电源；rs485收发器n3的差分接收负端串联电阻r49接地；rs485收发器n3的电源端接遥测电源；rs485收发器n3的输出端连接至光耦隔离器d12第一输入端的阴极；上传开关输出信号yc_i/o连接光耦隔离器d12连接光耦隔离器d12第二输入端的阳极；二极管v6跨接光耦隔离器d12第一输入端的阳极与阴极之间，其中，二极管v6的正级连接光耦隔离器d12的阴极；电容c66、电容c66串联在遥测电源与遥测地之间；电阻r47连接在遥测电源与光耦隔离器d12第一输入端的阳极；二极管v7和电容c62并联跨接光耦隔离器d12第二输入端的阳极与阴极之间，二极管v7的正极连接光耦隔离器d12第二输入端的阴极；
70.光耦隔离器d12第一输出端连接施密特整形器d3b的输入端，通过施密特整形器d3b输出至asic的串口输入端；光耦隔离器d12第二输出端通过串联连接的施密特整形器d3c、施密特整形器d3d连接至dsp的xf管脚，光耦隔离器d12接隔离地；光耦隔离器d12的电源端连接隔离电源，并通过串联连接的电容c63、电容c64接隔离地。
71.施密特整形器d3b、施密特整形器d3c、施密特整形器d3d选用jc40106r。光耦隔离器d12选用gh5231#。rs485收发器n3选用sm485esa。
72.上传串口输出信号yc_rx+、yc_rx-经输入n3收发器后输入给光耦隔离器d12进行光电隔离，隔离完成输入到施密特整形器进行整形输出到asic模块的带16个fifo的串口输入端(i_dj)；上传开关输出信号yc_i/o输入到光耦隔离器d12进行光电隔离，隔离完成输入到施密特整形器进行整形输出xf1到dsp的xf1管脚。该i/o口常态为低电平，上传时为高电平，dsp软件在上电后50ms内就查询该i/o引脚状态，如果为高电平则进行参数上传，接收上传串口数据，并通过遥测口对上传串口进行握手。从而实现参数的上传功能。
73.所述的上传开关输出接收电路及上传串口输出接收电路，实现了光纤速率陀螺的不开盖上传陀螺仪表参数功能。
74.(6)、遥测配置复用接口电路
75.遥测配置复用接口电路一端连接asic模块，连接遥测输出接口和陀螺仪配置接口，可实现陀螺仪配置和遥测输出双重功能。
76.dsp与asic通信匹配电路，连接dsp模块和asic模块，用于实现dsp芯片与asic芯片的读写时序匹配。
77.优选地，所述遥测配置复用接口电路包括电平转换器、光耦隔离器、rs485收发器；
78.dsp芯片xf0产生dsp配置陀螺开关信号输出至电平转换芯片，上电时xf0引脚为低电平状态，电平转换芯片选择对陀螺仪进行配置，配置数据经过电平转换芯片输出给陀螺仪表进行配置，配置完成后dsp软件将该引脚置高，电平转换芯片选择对外遥测输出，输出信号经过电平转换芯片后输入光耦进行隔离，隔离后输出给rs485收发器转换成差分信号
进行最终遥测输出。
79.遥测接口电路包含有电平转换器54ac245j、光耦隔离器gh5231#、rs485收发器sm485。
80.16个串口fifo发送给遥测接口电路的电平转换芯片，电平转换芯片接收dsp配置陀螺的开关信号(由dsp芯片xf0产生)并选择输出串口陀螺仪配置数据给陀螺仪表完成陀螺仪配置还是进行对外遥测输出。上电时dsp模块的xf0引脚为低电平状态，电平转换芯片选择对陀螺仪进行配置，配置数据经过电平转换芯片输出给陀螺仪表进行配置，配置完成后dsp软件将该引脚置高，电平转换芯片选择对外遥测输出，输出信号经过电平转换芯片后输入光耦进行隔离，隔离后输出给rs485收发器转换成差分信号进行最终遥测输出。
81.(7)、控制接口电路
82.优选地，所述控制接口电路包括电平转换器、光耦隔离器、rs485收发器；控制数据经过电平转换芯片后输入光耦隔离器进行光电隔离，隔离后输出给rs485收发器转换成差分信号输出。
83.asic模块将补偿后的陀螺仪测量数据作为遥测数据输出的同时，将补偿后的陀螺仪测量数据作为控制数据通过控制接口电路输出；
84.控制接口电路由电平转换器54ac245j、光耦隔离器gh5231#、rs485收发器sm485。电平转换器实现asic串口模块输出的ttl信号的驱动功能，光耦实现了控制接口与对外接口电路的信号隔离，rs485实现了ttl信号转rs485差分信号功能，实现了rs485硬件协议。
85.(8)陀螺仪数据接口电路
86.优选地，所述陀螺仪数据接口电路包括第二施密特整形器；
87.第二施密特整形器将陀螺仪输出的数据进行整形输出至asic模块。
88.(9)dsp与asic通信匹配电路
89.dsp与asic通信匹配电路如图3所示，由电阻r32、电阻r33、施密特反相器d2c、施密特反相器d2d、与非门d8a和与非门d8b组成。电阻r32和电阻r33的阻值均为20kω，施密特反相器d2c、施密特反相器d2d的型号为jc40106r，与非门d8a和与非门d8b的型号为54ac00s。
90.电阻r32和电阻r33是上拉电阻，电阻r32连接在电源与dsp芯片的选通信号(dsp_s\t\r\b\)之间；电阻r33连接在电源与dsp芯片的读写控制信号(dsp_r/w\)之间；dsp芯片的选通信号(dsp_s\t\r\b\)经由施密特反相器d2c之后，进入与非门d8a和与非门d8b的第一输入端；
91.dsp芯片的读写控制信号(dsp_r/w\)经由施密特反相器d2d之后，进入与非门d8a和与非门d8b的第二输入端；与非门d8a的输出端连接asic芯片的写使能端；与非门d8b的输出端连接asic芯片的输出使能端，实现dsp芯片与mcu芯片的读写时序差匹配。
92.电源上电后rc复位对dsp和asic进行上电复位，复位完成后asic的分频模块产生1khz频率信号通过中断模块发送给dsp，dsp响应asic的中断信号并判断是否有上传开关输出信号，如有上传开关输出信号则dsp芯片读取asic的带16个串口fifo接收的上传串口输出的数据，完成陀螺仪表参数的上传操作；如dsp未检测到上传开关输出信号，则dsp对asic发出陀螺仪配置指令和协议，asic通过与mcu的通信模块相应指令及协议通过带16个串口fifo发送给遥测接口电路的电平转换芯片，电平转换芯片接收dsp配置陀螺的开关信号并选择输出串口陀螺仪配置给陀螺仪表完成陀螺仪配置；陀螺仪被配置后输出串口数据经过
施密特整形器整形后发送给asic的带32个串口fifo进行采集，同时dsp在中断中对asic采集的陀螺仪数据进行采集并零位补偿处理，处理后的数据通过asic的带16个串口fifo发送给遥测接口电路的电平转换芯片，电平转换芯片接收dsp发送遥测的开关信号并选择输出遥测串口数据通过光耦隔离器及rs485收发器进行对外的遥测输出；同时处理后的陀螺仪数据通过asic的带32个串口fifo发送给控制接口电路通过光耦隔离和rs485收发器进行对外的控制输出。
93.本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。