[发明专利]一种基于FPGA的航向角指示仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种嵌入式指示系统，特别涉及的是一种基于FPGA的航向角指示仪。

背景技术

随着社会的发展，各种载体的运行安全越来越受到重视。而载体的航向角是保证载体安 全的最基本的要素之一。只有准确、及时地获得航向角信息，才能保证载体的运行安全。以 船舶为例，罗经是船舶不可或缺的设备，我们依靠它来反映船舶的航向信息。罗经中的磁罗 经一类及指南针甚至古代的司南都可以看作是地磁传感器的一种，利用地磁场来辨别方向。

航向是最主要的导航参数之一。随着航海、航空等事业的发展，导航技术取得了很大的 成果。以航海为例，人类的航海历史非常悠久，最初的航海人员是以山川水形，日月星辰来 确定船舶的大概航向方位的。指南针的发明，使人们可以利用仪器测量航向角进行导航。到 近年来，又逐渐开始采用卫星导航、惯性导航等系统进行船舶的导航。

利用地磁传感器进行的方向测量是磁航向测量系统的一种。最早的磁航向测量系统当然 是指南针。现在船舶上用来测量航向的主要设备还有磁罗经。磁罗经是一种利用地磁场定向 的装置，和我们所用的地磁传感器原理相同。现在我国还有一部分的船舶罗经采用模拟信号， 但是由于模拟信号本身的弱点：抗干扰能力弱，保密性差等，必将逐渐被数字式的设备代替。

基于FPGA的航向角指示仪现在已经广泛应用于民用导航系统、雷达天线跟踪等角位置检 测系统中，在这些系统中的作用就是准确获得航向角信息。由于电脑的飞速发展，数字技术 开始逐渐代替原来的模拟信号技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由地磁传感器来实现航向角的测量，用FPGA处理其测量的信 息，用LCD来实现航向角的数字式显示的基于FPGA的航向角指示仪。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于FPGA的航向角指示仪，其组成包括：FPGA系统板(1)、接口板(2)、传感器 (3)，其中采用FPGAED2开发板作为主控制板，接口板采用传感器与FPGAED2开发板的硬 件接口，以及系统各模块的供电，传感器包括地磁传感器以及LCD1602显示模块。

所述的一种基于FPGA的航向角指示仪，其特征在于对于性能及资源的要求适中，经过综 合考虑，采用32位的NiosII/S型软核处理器，使用CPU模块、EPCS控制器模块、SDRAM 模块、SystemID模块、JTAG_UART模块、PIO模块和SPI模块。

所述的一种基于FPGA的航向角指示仪，其特征是NiosII/S型软核处理器的EPCS控制 器：它是一种串行存贮器，凡是EPCS带有Avalon接口的话就可以允许NiosII系统来匹配 AlteraEPCS的相关串行器件。EPCS控制器的作用主要有三种，分别是：存储程序代码、存 储非易失性数据和管理FPGA配置数据。

整个系统包括三个部分：一、FPGA系统板，负责实现整个系统的数据处理、计算、控制。 本设计中采用FPGAED2开发板作为主控制板来实现此功能。二、接口板，负责各传感器与 FPGAED2开发板的硬件接口，以及系统各模块的供电。三、传感器，包括地磁传感器以及 LCD1602显示模块。

本发明中对于性能及资源的要求适中，经过综合考虑，本设计中采用32位的NiosII/S 型软核处理器，本设计共使用CPU模块、EPCS控制器模块、SDRAM模块、SystemID模块、 JTAG_UART模块、PIO模块和SPI模块。

EPCS控制器：它是一种串行存贮器，凡是EPCS带有Avalon接口的话就可以允许NiosII 系统来匹配AlteraEPCS的相关串行器件。EPCS控制器的作用主要有三种，分别是：一，存 储程序代码；二，存储非易失性数据；三，管理FPGA配置数据。现在的EPCS控制器内核中 一般都有片内存储器，容量是1KB，用来存储Boot-Loader程序。NiosII并不允许从EPCS 中直接执行程序，而是先执行装备的EPCS控制器内部的片内ROM代码，然后把EPCS中相应 的程序移入EPCS的RAM中再执行。任何FPGA设计中都只允许使用一个EPCS控制器。

本发明的优点：