双振镜激光扫描系统的FPGA接口板设计

发布时间：2017-06-30 09:19

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【摘要】：双振镜激光扫描系统是激光类飞机泊位引导系统的数据采集部分,其接口板主要负责数据采集的控制和初步处理。接口板的性能涉及到飞机泊位安全,因此研究双振镜激光扫描系统的接口板是非常有必要的,但是国内将双振镜激光扫描系统应用于飞机泊位引导系统的相关研究并不多。本文根据双振镜激光扫描系统接口板功能需求采用FPGA与ARM创建片上系统设计接口板,以高度集成了这两个核心的Xilinx ZYNQ 7020作为硬件平台。充分发挥ARM的控制能力和通用数学运算能力,FPGA强大的逻辑运算能力和海量数据运算能力,缩短了开发周期和难度,大幅降低了成本和功耗,并且还通过制定专用的通信协议,使得上位机与接口板获得了十分高效的数据传输性能。本文的主要研究内容如下:1、详细阐述了双振镜激光扫描系统应用在飞机泊位引导系统中的系统构成和工作原理,分析了项目对系统接口板的功能要求,讨论各种解决方案的利弊,最终提出了FPGA与ARM创建片上系统的综合实现方案。2、针对提出的解决方案设计出详细系统功能,并完成片上系统的逻辑设计和软件设计。逻辑设计部分主要介绍了分频、扫描测距、电机定位、定点测距、电机启停及换向等功能的原理和实现方法。软件设计部分主要研究了指令控制解析及零点标定校准、走步设置等内容的原理和设计。3、研究了双振镜激光扫描系统接口板需要实现的功能,并根据功能需求制定了与外部IO设备交互的通信协议及接口板内部PS与PL间通信协议。最后还详细设计了每一条控制指令的实现方案,并在ZYNQ 7020上编程完成每条指令的功能。4、对系统的逻辑设计和软件设计进行统一仿真验证,并通过平台测试,验证本文提出的系统接口板解决方案的正确性和有效性。最后总结接口板系统设计工作,并针对设计中的不足提出改进方案。本文最终完成了双振镜激光扫描系统接口板的完整设计,并进行了完整的仿真验证,实现了接口板应具有的所有基本功能。本文的研究对于飞机泊位引导系统的设计和实现,激光双振镜系统的应用领域都是良好的拓展,对飞机泊位系统在国内的普及和应用具有推动作用,并带给研究该系统的相关人员一些启发作用。
【关键词】：双振镜激光扫描 FPGA ARM 片上系统
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.3;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 双振镜激光扫描系统12-15
• 1.4 双振镜激光扫泊位引导系统15-17
• 1.5 课题来源与研究意义17
• 1.6 论文主要工作17-19
• 第二章 系统设计概述19-26
• 2.1 接.板系统19
• 2.2 接.板设计方案19-24
• 2.2.1 AVR联合FPGA19-22
• 2.2.2 FPGA内嵌8051软核22-23
• 2.2.3 FPGA与ARM片上系统23-24
• 2.3 FPGA与ARM简介24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 总体设计26-31
• 3.1 需求分析26
• 3.2 接.板外设选择26-29
• 3.2.1 激光测距仪选型27
• 3.2.2 步进电机选型27-29
• 3.3 系统设计方案29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 通信协议31-38
• 4.1 RS232标准31
• 4.2 片外协议31-37
• 4.2.1 时钟校准指令32
• 4.2.2 电机定位指令32-33
• 4.2.3 扫描测距指令33
• 4.2.4 定点测距指令33-34
• 4.2.5 零点标定指令34-35
• 4.2.6 零点校准指令35-36
• 4.2.7 走步设置指令36-37
• 4.2.8 错误响应37
• 4.3 片内协议37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 详细设计38-67
• 5.1 PL逻辑设计38-46
• 5.1.1 分频38-39
• 5.1.2 二维扫描测距39-41
• 5.1.3 三维扫描测距41-42
• 5.1.4 电机定位与定点测距42-43
• 5.1.5 电机启停及换向43
• 5.1.6 同步设计43-44
• 5.1.7 IP设计44-46
• 5.2 PS程序设计46-66
• 5.2.1 串.程序设计46-47
• 5.2.2 指令控制程序设计47
• 5.2.3 时钟校准程序设计47-48
• 5.2.4 扫描测距48-52
• 5.2.5 电机定位52-53
• 5.2.6 定点测距53
• 5.2.7 零点标定53-58
• 5.2.8 零点校准58-59
• 5.2.9 走步设置59-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 系统仿真与测试67-75
• 6.1 电机扫描测距测试67-68
• 6.2 延迟模块测试68-69
• 6.3 同步设计测试69-70
• 6.4 IP测试70-71
• 6.5 三角函数测试71-72
• 6.6 走步设置测试72-74
• 6.7 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 工作总结75
• 7.2 创新点75-76
• 7.3 工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 附录81-82
• 攻读硕士学位期间取得的成果82-83

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 喻超;二维振镜式扫描系统在激光扫描成像中的应用[D];北京邮电大学;2011年

2 方浩;基于FPGA的振镜激光扫描系统控制卡的设计与研究[D];华中科技大学;2009年

3 樊国栋;基于ARM的人员智能引导系统的设计[D];东华大学;2010年

4 刘宝志;步进电机的精确控制方法研究[D];山东大学;2010年

5 王海娜;线性回归模型的若干稳健估计方法及应用实例[D];山东大学;2013年

6 程孝龙;基于双振镜的单色激光矢量扫描器设计[D];中国海洋大学;2013年

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本文编号：501400