基于MCU與DSP的雙機(jī)壓電捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)

引言

近年來(lái)，廣大科研工作者研究了各種減小壓電捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方法，使壓電慣性器件的精度得到了極大的提高[1].本文介紹了一種實(shí)用的基于DSP實(shí)現(xiàn)的壓電捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)方案。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)壓電捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：壓電慣性組合部分；由ADS1251與ADuC834組成的信號(hào)接口與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；由TMS320C54lO等構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理單元。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

壓電慣性組合采用專(zhuān)用壓電陀螺及壓電加速度計(jì)。由TI公司24位,20 kHz的A/D轉(zhuǎn)換器ADSl251完成六路壓電陀螺及壓電加速度計(jì)的信號(hào)精確采樣，實(shí)際采樣速率為500 Hz。采用美國(guó)模擬器件公司的8位51 MCU微處理器ADuC834作六路采樣的主控制器。ADuC834集成了溫度傳感器、62 KB的可編程程序EEPROM、定時(shí)器，以及I2C兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)的串行I/O等。通過(guò)SPI方式讀人六路采樣轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，同時(shí)完成溫度的采樣，所有采樣后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)HPI接口寫(xiě)入到TMS320C5410的數(shù)據(jù)單元。采用ADuC834的口0與口2實(shí)現(xiàn)與TMS320C54lO的HPI接口相連，接口電路如圖2所示。

數(shù)據(jù)處理單元由TMS320C5410、SST39VF200B及MAX3111E組成。TMS320C5410是TI公司54系列DSP處理器，外接 10 MHz晶振，通過(guò)設(shè)置PLL，工作頻率在100 MHz，處理能力可達(dá)到l00MIPS。它采用微計(jì)算機(jī)工作方式(MP/MC引腳接地)，外接SST39VF200B作為外接存儲(chǔ)器。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由固化在TMS320C5410片內(nèi)RoM的自舉引導(dǎo)程序加載SST39VF200B中的應(yīng)用程序。TMS320C5410與ST39VF200B接口如圖3所示。

TMS320C5410的McBSP0與MAX3111E相連，完成串口數(shù)據(jù)的輸出。設(shè)置McBSP0工作在SPI主動(dòng)模式，與MAX311lE進(jìn)行通信。電路接口如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 HPl接口

系統(tǒng)軟件包括ADuC834的軟件設(shè)計(jì)與DSP的軟件設(shè)計(jì)。ADuC834軟件部分采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，完成HPI的初始化、溫度信號(hào)的采集、通過(guò)相應(yīng)引腳的控制完成六路信號(hào)采集及接收、HPI數(shù)據(jù)的發(fā)送等。采用了HINT引腳信號(hào)來(lái)完成雙方數(shù)據(jù)的同步。DSP通過(guò)向HPIc的HINT位寫(xiě)I，使HINT引腳變?yōu)榈碗娖剑甘続DuC834發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。ADuC834從引腳P2.7讀到此低電平信號(hào)，寫(xiě)完一幀數(shù)據(jù)到設(shè)定的DSP數(shù)據(jù)區(qū)域，再寫(xiě)HPIC的 HINT位，恢復(fù)HINT引腳為高電平。然后向HPIC中的DSPINT位寫(xiě)入1，通知DSP進(jìn)人HPI中斷接收數(shù)據(jù)。DSP接收完數(shù)據(jù)后，再向HPIC 的HINT位寫(xiě)l，指示新的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。

2.2 主程序

DSP部分的軟件采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，包括豐程序、HPI中斷服務(wù)子程序及定時(shí)中斷服務(wù)子程序。主程序完成系統(tǒng)的初始化，包括DSP工作模式的設(shè)置、堆棧的設(shè)置、初始化McBSPO、初始化MAX3111E、設(shè)置定時(shí)中斷等?？驁D如圖5所示。

2.3捷聯(lián)姿態(tài)計(jì)算

HPI中斷部分完成數(shù)據(jù)接收的同時(shí)，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，ADuC834的數(shù)據(jù)已存放在設(shè)定的幾個(gè)數(shù)據(jù)單元，對(duì)讀出數(shù)據(jù)采用四元數(shù)算法進(jìn)行捷聯(lián)姿態(tài)計(jì)算。算法部分功能模塊如圖6所示。

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2.4串行數(shù)據(jù)發(fā)送

通過(guò)配置McBSPO及MAX311lE，實(shí)現(xiàn)在定時(shí)中斷部分完成計(jì)算出的角度、位置，速度等數(shù)據(jù)的發(fā)送。設(shè)定了每10ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)，采用查詢(xún)方式完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

在系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)完成McBSPO及MAX3111E的初始化，McBSP0始初化程序如下：

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通過(guò)查詢(xún)SPCR2的XRDY位與XEMPTY位可知是否可向McBSP寫(xiě)數(shù)據(jù)，查詢(xún)程序如下：

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通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)寫(xiě)配置寄存器完成MAX3111E的初始化，程序如下：

void init_max3111e(){
unsigned int flagl="0xO"；；
mcbsp ready();
*DXRl0=0xc801;
//寫(xiě)配置寄存器，允許發(fā)送緩沖區(qū)空中斷，fosc=3.6864 MHz
//波特率為115 200 b/s，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位
mcbsp_ready()；
}；

&n bsp; 在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，為保證MAX311E不丟失數(shù)據(jù)，需用中斷方式或查詢(xún)方式，在MAX3111E的緩沖區(qū)空時(shí)再發(fā)送數(shù)據(jù)，查詢(xún)方式發(fā)送數(shù)據(jù)程序如下：

void sendl(unsigned char data){
unsigned char flag="0x0"，datahi，datalow；
while(flag!=0x4801){//第14位為1，表示發(fā)送緩沖區(qū)為空
& amp;nbsp; mcbsp_ready()

3 程序的編譯與自舉

通過(guò)JTAG接口，由仿真器可方便的對(duì)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)完成應(yīng)用程序的寫(xiě)入?？稍贑CS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中建立相應(yīng)的工程，導(dǎo)入．cmd文件、 vector.asm文件、庫(kù)文件、源程序等。在編譯選項(xiàng)中加入一v548，編譯后生成相應(yīng)的．out文件。整個(gè)程序小于32 KB，使用C54xx通用Flash燒寫(xiě)工具C54xx Flash Tool 2.01[2]，生成相應(yīng)的16位hex文件及Flash燒寫(xiě)的flashburn.Out文件。在CCS中導(dǎo)入flashburn.out，設(shè)置CPU 寄存器DROM位為0，然后運(yùn)行，即完成了對(duì)SST39VF200B中程序的燒寫(xiě)。

結(jié)語(yǔ)

基于TMS320C5410實(shí)現(xiàn)的壓電捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)平臺(tái)，電路體積小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。經(jīng)測(cè)試，整體性能滿(mǎn)足誤差校正、姿態(tài)角及速度、加速度的計(jì)算要求，并提供了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種算法的基礎(chǔ)平臺(tái)。