[发明专利]一种基于FPGA的航迹仪标绘速度控制卡

说明书

技术领域

本发明属于舰船导航设备领域，具体涉及一种可用于船舶航迹仪中，根据标绘数据自主选择匀速或匀加减速算法来控制步进电机、标绘过程中不占用航迹仪主机系统资源、标绘完成后自动告知主机的基于FPGA的航迹仪标绘速度控制卡。 

背景技术

航迹仪是现代舰艇、海洋考察船以及捕鱼船常用的一种必备导航设备，它是根据陀螺罗经、计程仪提供的航向和航程信息，或其它导航设备提供的定位信息，实时显示和记录本船及目标经纬度，并在不同比例的海图上连续完成舰船航行的航迹和各种航海标志的自动标绘。特别是在恶劣的海况条件下和战时尤其有应用价值，是现代导航系统的重要配套组成部分，其标绘速度是航海人员非常重视的一个技术指标，因为标绘速度直接关系到航迹仪的工作效率。 

航迹仪的工作状态有跟踪和非跟踪两种。首先，人机交互模块处于开放状态，通过自检键和移笔键可以检查航迹仪的绘图功能。然后，由综导显控台装海图并向航迹仪发出装海图命令，进入跟踪状态，并屏蔽人机交互模块。航迹仪的实时标绘便是通过接收CAN总线上由导航定位设备发送的经度、纬度值及各种绘图命令，经过数学模型的解算，获得X,Y方向位移量，再经过直线插补运算，脉冲控制接口卡发送脉冲驱动电机带动绘笔标绘航迹和各种航海标志。 

目前航迹仪普遍采用CDT800模块作为脉冲控制接口卡，其主要包括16位计数器/定时器与数字量I/O模块，可与PC/104模块构成一个控制系统。 

CDT800模块装有两片Am9513A定时控制器，可提供了可编程频率合成、高精度可编程循环波形、可重触发数字单脉冲、日时时钟、报警、复杂脉冲产生、高精度波特率生成、移位脉冲生成、事件计数及波形分析等功能。 

(2)CDT800有24通道TTL/CMOS兼容的数字量I/O，它们能直接与外部设备或信号连接，以感知开关的闭合，数字事件的触发、或固态继电器的动作。这些I/O是由模块上的71055可编程外围接日(PPI)芯片提供的。71055能按二种方式之一土作:方式0，方式1，方式2。24通道数字量I/O由I/O连接器引出。 

CDT800采用的是用匀速脉冲控制步进电机的方式，并且通过中断触发来实现脉冲的发送，它的设计动态初始化要求严格且在执行过程中会占用过多的系统资源，不能完全满足实时性要求。此外它采用的是匀速控制方法，标绘速度比较慢，不能很好的满足大规模高强度标绘任务。 

发明内容

本发明的目的是提出一种标绘速度更快，占用系统资源更少，价格更低廉，可靠性更强得基于FPGA的航迹仪标绘速度控制卡。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明包括FPGA芯片XC2S50，配置芯片18V01，输出驱动芯片SN74LS244，脉冲及控制输出接口HJY，JTAG接口，在线编程接口DOWNLOAD，通用I/O接口，航迹仪主机PC/104模块通过数据总线发送数据命令信息，由FPGA芯片XC2S50处理后转化为脉冲信号发送给输出驱动芯片SN74LS244，驱动芯片SN74LS244通过接口HJY，传递给X、Y向的步进电机驱动器。 

本发明的有益效果在于：本发明使用FPGA作为标绘速度控制卡，硬件方面相比原CDT800控制接口卡，系统的实时性、可靠性和集成化有了显著提高，同时价格更为低廉。电机走笔速度相比之前的匀速控制增加了一倍，提高了系统的快速性。 

附图说明

图1控制卡的电路原理图； 

图2匀加减速控制中频率与步长的关系； 

图3控制卡软件模块结构框图； 

图4PC/104模块中X,Y向判别流程图； 

图5控制卡中接口模块程序流程图； 

图6控制卡中X向脉冲控制模块程序流程图； 

图7控制卡中X向脉冲发生模块程序流程图； 

图8控制卡程序加速过程中的仿真图； 

图9控制卡程序匀速过程中的仿真图； 

图10控制卡程序减速过程中的仿真图； 

图11控制卡程序标绘结束时的仿真图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。