半球谐振陀螺驱动电路数字部分的设计.docx

摘要:半球谐振陀螺广泛用于深空探测，导航，航海军事等方面，对半球谐振陀螺的研究具有学术和实际应用意义。驱动电路则是半球谐振陀螺仪的一个重要部分，本文主要讨论了半球谐振陀螺驱动电路数字部分的设计与实现，由半球谐振陀螺仪的驱动原理可知，如果让其达到谐振，需要产生正弦扫频波形，因此本文的主要工作为产生正弦扫频波形。主要工作内容：1、利用MATLAB和FPGA实现DDS（直接数字式频率合成）技术；2、设计了DA转换与正弦波输出以及测试电路。具体是利用Verilog语言对FPGA进行编程控制，然后再通过高速DA转换，产生扫频波形，通过控制开发板上的按键产生符合下列要求的正弦信号发生器 ： 1）正弦信号频率：1kHz-20kHz.  2）分辨率：0.1Hz.  3）幅度：1V-3V。最后对产生的正弦信号做出分析，用产生出的正弦扫频信号对半球谐振陀螺进行驱动。测试结果表明，产生正弦波理想，能找到半球谐振陀螺谐振点。实现了陀螺的驱动。

关键词：半球谐振陀螺；驱动；FPGA；DDS；正弦波；数字设计

目录

中文摘要

Abstract

前  言-3

第一章-绪 论-4

1.1研究背景-4

1.2 国内外研究现状-4

1.3 本文研究的主要内容-5

第二章 半球谐振陀螺的工作原理-6

2.1系统整体框图-6

2.2半球谐振陀螺结构-6

2.3半球谐振陀螺的驱动原理-7

第三章 直接数字频率合成技术（DDS）-9

3.1 DDS技术概述-9

3.2 DDS工作原理-9

3.3 DDS技术特点分析-12

3.3.1 DDS技术优点-12

3.3.2 DDS技术缺点-12

3.4 方案的比较与确定-13

第四章 基于FPGA的正弦扫频信号发生系统-14

4.1 现场可编程逻辑门列阵（FPGA）-14

4.1.1 FPGA简介-14

4.1.2 FPGA开发板BASYS3-15

4.1.3硬件描述语言Verilog-17

4.1.4 FPGA集成开发环境Vivado-17

4.2 DDS系统整体框架-19

4.3 DDS系统软件设计-19

4.3.1 相位累加器模块设计-19

4.3.2 正弦波形存储ROM-21

4.3.3 频率控制模块设计-23

4.4 DDS系统硬件设计-23

4.4.1按键控制-23

4.4.2数码管显示-25

4.4.3 DA转换电路-26

4.4.4 放大器-28

第五章 电路测试与结果分析-29

5.1电路测试-29

5.2 谐振点分析-33

第六章 总 结-34

参考文献-36

致  谢-37