FPGA器件数传天线驱动控制系统的制作方法

本发明涉及空间，具体地，涉及一种fpga器件数传天线驱动控制系统。

背景技术：

1、数传天线驱动控制系统用于接收位置指令信息，完成数传天线驱动机构的位置差值闭环控制。

2、目前，主要的实现方案是采用中央处理器(central processing unit/processor，cpu)和现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)芯片组合方式，以cpu为控制核心，fpga接收cpu向fpga电机控制器写入的速度、方向控制，完成天线的闭环角度跟踪功能。然而，这种架构的电路结构非常复杂，无法满足产品小型化的要求，制作成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种fpga器件数传天线驱动控制系统。

2、本申请实施提供一种fpga器件数传天线驱动控制系统，包括：通讯接口芯片、fpga芯片、prom(可编程只读存储器，programmable read-only memory)芯片、ldo(低压差线性稳压器，low dropout regulator)电源电路；其中：

3、所述通讯接口芯片，用于根据姿轨控计算机传输的控制指令，将差分信号转换为串行信号后发送给所述fpga芯片；

4、所述fpga芯片，用于对串行信号进行解析，并将轴角转换电路采集到的当前角度与目标角度进行比较后，采用pid(比例-积分-微分控制器)进行位置闭环处理，输出包含速度和方向信息的pwm(脉冲宽度调制)细分驱动脉冲；所述pwm细分驱动脉冲用于指示h桥电机驱动电路执行数传天线的目标位置曲线跟踪任务；

5、所述fpga芯片，还以串行方式从所述prom芯片中获取配置数据，执行程序加载任务；

6、所述ldo电源电路，用于分别向所述fpga芯片、所述prom芯片提供电能。

7、可选地，所述fpga芯片采用选用772所自主研发的抗辐照30万门单粒子加固fpga的bqvr300rh。

8、可选地，所述fpga芯片的内部逻辑功能模块自上而下包括：顶层模块、rs422通讯及处理模块、旋变角度采集及处理模块、控制寄存器模块、位置闭环控制模块、细分驱动pwm生成模块、插补模块；其中：

9、所述rs422通讯及处理模块，用于根据串口通讯协议，通过rs422串口接收位置指令，以及发送遥测数据，并将解析译码后的指令下发至所述旋变角度采集及处理模块和所述控制寄存器模块；

10、所述控制寄存器模块，用于对所述rs422通讯及处理模块下发的指令进行解码，并将设置的参数下发至所述位置环控制模块；

11、所述位置闭环控制模块，用于根据所述控制寄存器模块给定的位置和所述旋变角度采集及处理模块反馈的位置进行pid闭环控制，使得h桥电机驱动电路能够驱动电机到达给定的位置。

12、可选地，所述顶层模块，用于对系统与外部信号的接口进行定义、连接；对系统内部各模块之间的信号互连进行处理，完成fpga芯片对外所有管脚定义和内部状态定义。

13、可选地，所述旋变角度采集及处理模块，用于接收旋变角度采集电路的16位并行数字量，为位置闭环控制模块提供电机的实际角度信息。

14、可选地，所述插补模块，用于根据时间差和角度差，按照匀速运动，预测一个控制周期之后到达的角度。

15、可选地，所述细分驱动pwm生成模块，用于根据所述位置闭环控制模块输出的细分驱动pwm值与载波计数的值进行比较，得到占空比信息，并按照所述占空比信息生成脉冲后输出至h桥电机驱动电路。

16、可选地，所述ldo电源电路输出三种不同规格的电源电压，分别为1.8v、2.5v、3.3v；其中：2.5v作为所述fpga芯片的核电源，3.3v作为所述fpga芯片的io电源；3.3v作为所述prom芯片的内部逻辑和输入缓存器电源，1.8v作为所述prom芯片的输出缓存器电源。

17、可选地，所述fpga芯片采取slave-serial模式读取所述prom芯片的串行配置数据。

18、可选地，所述prom芯片采用深圳国微的sm9a86-8ms型8mbits抗辐照串行prom，且所述prom芯片采用反熔丝结构存储单元。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、1)本申请实施提供的fpga器件数传天线驱动控制系统，使用单片fpga完成天线pid闭环控制功能，避免使用cpu，降低了电路的复杂度。

21、2)本申请实施提供的fpga器件数传天线驱动控制系统，使用单片fpga替代cpu与fpga，减少了cpu及其最小系统电路，包含时钟电路、复位电路、prom扩展芯片、地址锁存电路的应用；使用fpga完成串口解析功能，减少传统串并转换电路的应用，使得装置的体积和重量有效减小，符合装置小型化、轻量化设计的发展趋势。

22、3)本申请实施提供的fpga器件数传天线驱动控制系统，使用国产化fpga电路替代目前广泛使用的进口反熔丝芯片，并通过电路和工艺双重抗辐照加固设计，具备较强的抗辐照能力，适合空间环境应用，能够兼容国外进口xc17v08或xqr17v08系列产品。

技术特征：

1.一种fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，包括：通讯接口芯片、fpga芯片、prom芯片、ldo电源电路；其中：

2.根据权利要求1所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述fpga芯片采用选用772所自主研发的抗辐照30万门单粒子加固fpga的bqvr300rh。

3.根据权利要求1所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述fpga芯片的内部逻辑功能模块自上而下包括：顶层模块、rs422通讯及处理模块、旋变角度采集及处理模块、控制寄存器模块、位置闭环控制模块、细分驱动pwm生成模块、插补模块；其中：

4.根据权利要求3所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述顶层模块，用于对系统与外部信号的接口进行定义、连接；对系统内部各模块之间的信号互连进行处理，完成fpga芯片对外所有管脚定义和内部状态定义。

5.根据权利要求3所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述旋变角度采集及处理模块，用于接收旋变角度采集电路的16位并行数字量，为位置闭环控制模块提供电机的实际角度信息。

6.根据权利要求3所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述插补模块，用于根据时间差和角度差，按照匀速运动，预测一个控制周期之后到达的角度。

7.根据权利要求3所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述细分驱动pwm生成模块，用于根据所述位置闭环控制模块输出的细分驱动pwm值与载波计数的值进行比较，得到占空比信息，并按照所述占空比信息生成脉冲后输出至h桥电机驱动电路。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述ldo电源电路输出三种不同规格的电源电压，分别为1.8v、2.5v、3.3v；其中：2.5v作为所述fpga芯片的核电源，3.3v作为所述fpga芯片的io电源；3.3v作为所述prom芯片的内部逻辑和输入缓存器电源，1.8v作为所述prom芯片的输出缓存器电源。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述fpga芯片采取slave-serial模式读取所述prom芯片的串行配置数据。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的fpga器件数传天线驱动控制系统，其特征在于，所述prom芯片采用深圳国微的sm9a86-8ms型8mbits抗辐照串行prom，且所述prom芯片采用反熔丝结构存储单元。

技术总结
本发明提供了一种FPGA器件数传天线驱动控制系统，包括：通讯接口芯片、FPGA芯片、PROM芯片、LDO电源电路；通讯接口芯片用于根据姿轨控计算机传输的控制指令，将差分信号转换为串行信号后发送给FPGA芯片；FPGA芯片用于对串行信号进行解析，并将轴角转换电路采集到的当前角度与目标角度进行比较后，采用PID控制器进行位置闭环处理，输出包含速度和方向信息的PWM细分驱动脉冲给H桥电机驱动电路；FPGA芯片还以串行方式从PROM芯片中获取配置数据，执行程序加载任务。从而能够使用单片FPGA完成天线PID闭环控制功能，避免使用CPU，降低了电路的复杂度，节约产品的体积和重量，满足小型化、轻量化要求。

技术研发人员：葛悦,于志亮,田得可,周伟幸,李浩,艾艳飞
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11