采用FPGA/MCU技術(shù)的光電式滾轉角測量?jì)x的解決方案

　　系統軟件設計

　　基于FPGA/MCU的光電式滾轉角測量?jì)x軟件流程如圖11所示。光敏接收模塊g1-g37接收到紅外光信號，經(jīng)過(guò)光電轉換及信號調理之后將高電平送至FPGA上各相關(guān)引腳，FPGA以固定頻率對A1-A37各引腳進(jìn)行掃描，掃描頻率通過(guò)對有源晶振的輸入頻率進(jìn)行分頻得到，如果掃描到僅有一個(gè)引腳是高電平，則說(shuō)明只有該引腳對應的光敏接收模塊收到光信號，滾轉體此時(shí)剛好旋轉到某已知角度，通過(guò)FPGA控制LED顯示模塊輸出該角度，并通過(guò)串口將滾轉角度值傳送給上位機。但如果有兩路引腳都為高電平，那么FPGA首先判斷該由哪片MCU對這些信號進(jìn)行處理，隨后通知該MCU進(jìn)行AD轉換并確定滾轉角度，比如A5、A6均為高電平，則FPGA以串口通訊方式通知MCU A對A5、A6進(jìn)行AD轉換，轉換結果A5的信號幅值為2.50V，A6的信號幅值為3V，已知A5對應的滾轉角為40度，A6對應的滾轉角為50度，則此時(shí)的滾轉角度為40+[2.5/(2.5+3.0)](50-40)=44.55度，MCU再通過(guò)串口把信息反饋給FPGA。還有可能出現3路或者3路以上的引腳為高電平的情況，此時(shí)應調節光敏接收模塊的初級運放信號放大倍數，盡量減少MCU處理的模擬信號數量，然后通過(guò)比較將幅值較小的信號忽略，僅保留最大的兩路信號，隨后處理方式同上。

　　FPGA采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程，其串口程序包括串口發(fā)送、串口接收與時(shí)鐘分頻三個(gè)模塊，分別與上位機及兩片MCU進(jìn)行通信，通信波特率為標準的9600b/s，數據位為8位，不帶校驗位。MCU采用匯編語(yǔ)言編程，C8051F310可通過(guò)修改相關(guān)寄存器值非常靈活的對片內ADC模塊、串口模塊進(jìn)行操作，ADC采用單端輸入方式，以MCU供電電壓為參考電壓，通過(guò)向AD0BUSY位寫(xiě)1啟動(dòng)AD轉換。

　　結語(yǔ)

　　本文設計的基于FPGA/MCU的光電式滾轉角測量?jì)x實(shí)際運行情況良好，在實(shí)驗室環(huán)境中能較為準確的測量出彈體滾轉角度，達到預定要求，此外還可通過(guò)增加光敏接收模塊或采用紅外激光器來(lái)進(jìn)一步提高測量精度。