基于MCU與DSP的雙機壓電捷聯(lián)慣導系統
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近年來(lái)，廣大科研工作者研究了各種減小電壓捷聯(lián)慣導系統的誤差方法，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)現的壓電捷聯(lián)慣導系統方案。
1 系統的硬件設計
整個(gè)壓電捷聯(lián)慣導系統分為三個(gè)部分：壓電慣性組合部分；由ADS1251與ADuC834組成的信號接口與模數轉換單元；由TMS320C54lO等構成的數據處理單元。系統框圖如圖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。由TI公司24位,20 kHz的A/D轉換器ADSl251完成六路壓電陀螺及壓電加速度計的信號精確采樣，實(shí)際采樣速率為500 Hz。采用美國模擬器件公司的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和標準的串行I/O等。通過(guò)SPI方式讀人六路采樣轉換后的信號，同時(shí)完成溫度的采樣，所有采樣后得到的數字信號通過(guò)HPI接口寫(xiě)入到TMS320C5410的數據單元。采用ADuC834的口0與口2實(shí)現與TMS320C54lO的HPI接口相連，接口電路如圖2所示。
數據處理單元由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)設置PLL，工作頻率在100 MHz，處理能力可達到l00MIPS。它采用微計算機工作方式(MP/MC引腳接地)，外接SST39VF200B作為外接存儲器。系統啟動(dòng)時(shí)，由固化在TMS320C5410片內RoM的自舉引導程序加載SST39VF200B中的應用程序。TMS320C5410與ST39VF200B接口如圖3所示。
TMS320C5410的McBSP0與MAX3111E相連，完成串口數據的輸出。設置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 系統軟件設計
2.1 HPl接口
系統軟件包括ADuC834的軟件設計與DSP的軟件設計。ADuC834軟件部分采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，完成HPI的初始化、溫度信號的采集、通過(guò)相應引腳的控制完成六路信號采集及接收、HPI數據的發(fā)送等。采用了HINT引腳信號來(lái)完成雙方數據的同步。DSP通過(guò)向HPIc的HINT位寫(xiě)I，使HINT引腳變?yōu)榈碗娖?，指示ADuC834發(fā)送新的數據幀。ADuC834從引腳P2.7讀到此低電平信號，寫(xiě)完一幀數據到設定的DSP數據區域，再寫(xiě)HPIC的HINT位，恢復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中斷接收數據。DSP接收完數據后，再向HPIC的HINT位寫(xiě)l，指示新的數據傳輸過(guò)程。
DsP部分的軟件采用C語(yǔ)言設計，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。主程序完成系統的初始化，包括DSP工作模式的設置、堆棧的設置、初始化McBSPO、初始化MAX3111E、設置定時(shí)中斷等?？驁D如圖5所示。
2.3捷聯(lián)姿態(tài)計算
HPI中斷部分完成數據接收的同時(shí)，完成數據的計算處理，ADuC834的數據已存放在設定的幾個(gè)數據單元，對讀出數據采用四元數算法進(jìn)行捷聯(lián)姿態(tài)計算。算法部分功能模塊如圖6所示。
2.4串行數據發(fā)送
通過(guò)配置McBSPO及MAX311lE，實(shí)現在定時(shí)中斷部分完成計算出的角度、位置，速度等數據的發(fā)送。設定了每10ms發(fā)送一次數據，采用查詢(xún)方式完成數據的發(fā)送。
在系統引導時(shí)完成McBSPO及MAX3111E的初始化，McBSP0始初化程序如下：
通過(guò)查詢(xún)SPCR2的XRDY位與XEMPTY位可知是否可向McBSP寫(xiě)數據，查詢(xún)程序如下：
通過(guò)發(fā)送數據寫(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)送緩沖區空中斷，fosc=3.6864 MHz
//波特率為115 200 b/s，8位數據位，1位停止位
mcbsp_ready()；
}；
在發(fā)送數據時(shí)，為保證MAX311E不丟失數據，需用中斷方式或查詢(xún)方式，在MAX3111E的緩沖區空時(shí)再發(fā)送數據，查詢(xún)方式發(fā)送數據程序如下：
void sendl(unsigned char data){
unsigned char flag=0x0，datahi，datalow；
while(flag!=0x4801){//第14位為1，表示發(fā)送緩沖區為空
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平臺進(jìn)行調試，同時(shí)完成應用程序的寫(xiě)入?？稍贑CS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中建立相應的工程，導入．cmd文件、vector.asm文件、庫文件、源程序等。在編譯選項中加入一v548，編譯后生成相應的．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]，生成相應的16位hex文件及Flash燒寫(xiě)的flashburn.Out文件。在CCS中導入flashburn.out，設置CPU寄存器DROM位為0，然后運行，即完成了對SST39VF200B中程序的燒寫(xiě)。
結 語(yǔ)
基于TMS320C5410實(shí)現的壓電捷聯(lián)慣導系統平臺，電路體積小，系統穩定性高。經(jīng)測試，整體性能滿(mǎn)足誤差校正、姿態(tài)角及速度、加速度的計算要求，并提供了捷聯(lián)慣導系統實(shí)現各種算法的基礎平臺。
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