一种基于ARM及FPGA的新型智能化航迹仪的设计

向的分频值、脉冲个数、运行方向，以及开始/终止运行、抬落笔、报警等），经FPGA芯片XC2S50处理后，转化为相应频率的脉冲信号；再经输出驱动芯片SN74LS244，通过接口HJY传递给X、Y向的步进电机驱动器。运行程序通过JTAG口或DOWNLOAD口烧写入配置芯片18V01中。

2.4 步进电机及其驱动器

　    对于航迹仪系统，标绘精度是极其重要的一项技术指标，而电机及传动机构的精度则对其产生直接影响。 

　    航迹仪控制系统对快速性及定位精度均有很高的要求。考虑到系统是针对数字量及位移的控制系统，因此选用步进电机作为其执行元件。步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移的电机元件，当外加一个脉冲信号于电机的控制装置时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），即前进了一步。

　    系统要求绘笔绘制大量细小折线，这就要求电机工作在低频区且需要频繁地执行起动、停止、调速等操作。因此步进电机极易出现低频振荡，产生工作噪音，影响绘笔的稳定性及标绘精度。因此，改进方案采用了先进的细分驱动器，大大降低了低频振荡。

 　   本设计选用RORZE公司生产的5相混合式步进电机M56853D及相应的5相细分步步进电机驱动器RD－0534M。 

　    步进电机M56853D各技术参数： 

　    最大静转矩Mk=8.0kg·cm；电流I=3.5A/相；转子转动惯量Jr=0.240g·cm·S2；步距角（整步时）θb== 0.72°；容许径向负载10.5kg；容许轴向负载1.5kg；转子齿数Zr=100。
    细分驱动器RD－0534M各技术参数：
    改进后航迹仪系统电机步距角变为原系统的1/80，步距分辨率及控制脉冲频率均得到提高。提高后的控制脉冲频率大大超过了自由振动频率f0，从而避免了系统的低频振荡。

2.5 电磁感应式数字化板

　    传统的航迹仪为开环系统，无检测反馈装置。改进设计中增添了数字化板。这一反馈模块，构成了一套完整的闭环控制系统，增强了稳定性，降低了误差。 

　    数字化板的工作原理：在标绘仪的绘图平板上布上导线形成格栅，把电磁发射线圈安装到绘笔上，此时把线圈圆心和绘笔圆心标定在同一直线上；绘笔在平板上绘图，而线圈不断发射磁场脉冲，导线切割磁场产生感应电流，通过接收电路和信号处理电路得到绘笔在绘图平台上的相对位置（绘笔位置）。把电磁感应定位得到的位置作为绘笔当前真实位置，此位置通过UART口反馈给S3C44B0X控制器。目标位置与该位置进行比较，得到需要的位置差量，计算后作出响应的位置补偿调整。数字化板工作原理如图3所示。

3 航迹仪系统的软件设计

3.1 S3C44B0X主板部分的软件设计 


　    操作系统是控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程、方便用户的程序集合。航迹仪功能的完成，很大程度上取决于操作系统软件平台的选择和应用程序的编制。在航迹仪的设计中，软件平台选用基于Tonardo集成开发环境的实时操作系统VxWorks，应用程序则采用VxWorks支持的标准C语言编制。 

　    主板软件系统主要由主程序、命令解释部分、底层部分组成。其中，主程序到命令解释部分的调用通过函数shibie( )进行；命令解释部分到底层部分的调用通过函数zxcb( )进行。

3.1.1 主程序

    主程序主要对综导台命令和触摸屏命令进行管理、调度。程序执行过程中查询随机命令数和推位命令数这两个变量。变量小于等于零时，没有综导台命令，程序查询触摸屏有无按下及键值，执行响应操作。当两个变量大于零，说明有了综导台命令，就会自动进入跟踪状态。在跟踪状态，不响应触摸屏命令，控制程序只查询有无随机命令及推位命令，转入响应的命令解释程序。

3.1.2 命令解释部分 

　    命令解释部分主要功能：通过函数shibie( )对每一条命令进行识别及格式检查。对于随机命令和推位命令，每从CAN总线上接收一条命令，相应的命令条数加1。每执行完一条，相应的命令条数减1，同时指向下一条。只要这两个变量不为零，就说明有综导台命令未处理。通过检查随机命令数和推位命令数，即可按先后次序顺次执行所有命令。 

　    本部分中还包括海图坐标转换程序，其主要功能：主板接收装海图命令的同时，会读取CAN总线上由综导台发送的海图信息，包括海图类型（墨卡托或高斯海图）、大小、比例等。程序根据这些信息，将海图上的经纬度值折算成XY轴坐标，以便于底层的直线差补程序将XY坐标量转换成步进电机的走步脉冲数。