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基于ADISl6355 MEMS的惯性测量组件系统设计 (2)

基于ADISl6355 MEMS的惯性测量组件系统设计 (2)

2010/4/9 9:36:00

 MCU控制器作为主控制器可直接控制惯性测量组件的工作状态、数据采集,并将惯性测量组件采集的数据转存到存储器件内,或通过USB接口直接传入PC机处理。AT89C513lA是Atmel公司生产的基于80C52内核的高性能8位单片CPU微处理器器件,片上集全速USB控制器和SPI接口,可方便地与陀螺仪器件连接,并通过USB接口将数据高速采集到PC机。K9F1G08UOM是三星公司的NAND Flash存储器件,其容量为128 MB,在惯性测量组件高速采集的情况下可存储至少4 h的连续采集数据量。其内部存储列为1 024块。每块分为64页,1页包含2 112字节,命令、地址、数据信息通过8条I/O线时分复用。可执行2 K字节的页编程操作和页读操作。

  在该系统中,ADSl6355AMLZ作为从设备通过SPI接口与外界通信,输出测得的三轴角速度、三轴加速度、三轴温度、电压值,外部CPU也可通过该接口设置ADISl6355AMLZ内部寄存器,从而增强使用的灵活性。图2为惯性测量组件的读操作SPI时序图。

  从图2中可看出,ADISl6355AMLZ的1次SPI传输包括16位数据。其中第l位是此次SPI传输的读写状态标识,第2位为O,接着的6特位是即将读或写的寄存器地址,最后的8位在写操作时是将要写入寄存器的数据,如果是读操作则无效。完成ADISl6355AMLZ的1个读操作需2次16位的 SPI通信,其中第1次是写入将要读取的寄存器地址,读寄存器的内容将在第2次SPI通信时出现在ADISl6355AMLZ的DOUT信号线上,输入 SPI的主设备。

   AT89C5131A内置包含SPI接口,可方便地与ADISl6355AMLZ连接,通过SPI接口配置相应的寄存器即可控制 ADISl6355AMLZ。由于该单片机为8位。其内部寄存器也为8位。因此需对自身的SPI寄存器进行2次写操作,才能完成 ADISl6355AMLZ 1次SPI数据传输。该单片机内含1个USB控制器,可向PC机高速传输数据。

  2.2惯性测量组件系统硬件电路设计

  该系统的硬件电路部分主要由内置USB控制器的AT89C513l、NAND Flash器件K9F1G08UOM电路以及ADISl6355AMLZ组成,硬件接口如图3所示。必须写入相应的命令才能顺利执行 ADISl6355AMLZ和NAND Flash的各种操作,南于数据线与地址线复用为8根线,因此地址、命令以及数据的输入/输出需要通过命令锁存信号(CLE)和地址锁存信号(ALE)共同控制从分时复用。

  图3中,I/O[7:0]:数据输入/输出端口,该信号与AT89C513l的AD[7:0]连接。写使能信号。在其上升沿时,命令、地址和数据锁存到相应的寄存器中。该信号与AT89C513l的信号连接。:读使能信号。在其下降沿时,输出数据到I/O总线,同时,它还可以对内部数据地址进行累加。该信号与AT89C513l的信号连接。CLE:命令锁存使能信号。当CLE为高电平时,命令在上升沿通过I/O端口送入命令寄存器。该信号与 AT89C5131的P2.0引脚连接。ALE:地址锁存使能信号。当ALE为高电平时,地址在上升沿送入地址寄存器。该信号与AT89C513l的 P2.1引脚连接。:片选信号。用于控制设备的选择,当设备忙时为高电平而被忽略。当处于编程和擦除操作时设备不能回到备用状态。该信号与 AT89C513l的P2.2引脚连接。:准备好/忙输出。当它为低电平时,表示编程、擦除和随机读操作正在进行,在操作完成后返回高电平;当该器件没被选中或输出禁止时,其为高电平。该信号与AT89C513l的P2.3引脚连接。ADISl6355-AMLZ外部主要通过SPI接口与 AT89C5131的SPI接口对应相连。

3 系统数据采集设计

  USB总线具有速度快、连接简单快捷、无需外接电源、支持多设备连接等优点,现已广泛应用于数据采集系统。这里选用的AT89C513lA单片机内含 USB控制器,因此PC机通过USB口实时采集数据或从Flash存储器上统一采集数据。

  Microsoft公司未提供适合于本系统USB接口的驱动程序,因此需自行开发。该程序的功能是:当USB设备连接到主机上时,主机可以发现新设备,然后建立连接并完成数据传输任务,也就是能够让Windows正常检测和识别USB设备。采用Driver-Studio中的DriverWorks作为开发工具,开发WDM型的USB驱动程序。图4为系统数据采集流程。

  4 结束语

  这里所设计的惯性测量组件系统主要采用基于哥氏效应的ADISl6355 MEMS器件,测量运动目标的三轴角速度、加速度,采用内含USB控制器的AT89C5131A微控器进行控制,只需很少的外围器件,即可获得性能优异、应用灵活方便的惯性测量组件系统。本设计既可将数据实时采集送回PC机处理,也可先将数据存储在Flash上,然后统一采集到PC机上处理,充分体现了系统应用的灵活性,并且稍加修改就可应用在惯性测量组件的其他应用领域中,具有较好的推广前景。

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