基于FPGA的阵列式压电快速控制反射镜驱动控制电路研究

摘要

快速控制反射镜是一种光学扫描器，广泛应用于激光雷达、空间光通信和自适用光学等领域。快速控制反射镜对驱动控制电路要求较高，驱动控制电路直接影响快速控制反射镜扫描角度、扫描精度和线性度等性能。
　　本文根据需求设计了一种基于现场可编程门阵列的阵列式快速控制反射镜驱动控制电路，主要内容包括以下几个部分：
　　（1）通过分析单子镜和四子镜阵列式快速控制反射镜结构，提出基于现场可编程门阵列的四子镜阵列式快速控制反射镜驱动控制电路方案。
　　（2）介绍四子镜驱动控制电路设计原理和核心器件的选择，电路主要包括主控制器模块，数模转换模块，模数转换模块，外部存储器模块，控制器局域网通信模块和电源模块。根据器件布局和多层板布线要求，设计并制作驱动控制电路印制电路板。
　　（3）基于有限状态机的思想，利用Verilog HDL硬件描述语言设计模数转换数据采集和数模转换数据输出控制程序。采用查询方法设计控制器局域网节点数据发送和数据接收时序控制，通过QuartusⅡ软件仿真验证设计的正确性。
　　（4）对四子镜阵列式驱动控制电路进行调试，验证系统硬件环境的可靠性。将驱动电路级联到反馈行电路和放大电路，搭建激光扫描测试平台，测试二维压电快速控制反射镜三角波驱动扫描性能。测试结果表明，四子镜阵列式快速控制反射镜驱动控制电路满足设计需求。

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1 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 FSM国内外研究概况和驱动控制电路研究

1.3 现场可编程门阵列

1.4 控制器局域网CAN总线

1.5 本文的主要工作

2 阵列式FSM驱动控制电路方案设计

2.1 阵列式FSM系统结构

2.2 阵列式FSM驱动控制系统需求分析

2.3 阵列式FSM驱动电路方案设计

2.4 本章小结

3 阵列式FSM驱动电路系统的硬件设计

3.1 阵列式FSM驱动电路整体设计

3.2 FPGA及其配置电路

3.3 模数转换电路

3.4 数模转换电路

3.5 外部存储电路

3.6 控制器局域网CAN通信电路

3.7 电源供电电路

3.8 复位电路

3.9 驱动控制电路PCB板设计

3.10 本章小结

4 阵列式FSM驱动控制系统软件设计

4.1 引言

4.2 系统数据采集控制程序设计

4.3 数模转换数据输出程序设计

4.4 CAN总线通信控制程序设计

4.5 本章小结

5 阵列式FSM驱动控制电路系统测试

5.1 引言

5.2 阵列式FSM驱动控制电路硬件调试

5.3 基于FPGA的数据采集调试

5.4 驱动控制电路驱动FSM实验与分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录