嵌入式開發(fā)-基于arm的陀螺儀測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、基于ARM的陀螺儀測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)孫麗萍丁超王永梁（清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系北京100084）摘要：本文設(shè)計(jì)了基于ARM核的32位微處理芯片S3C44B0X的陀螺儀測控系統(tǒng)，采用μClinux操作系統(tǒng)，完成了對陀螺儀各項(xiàng)參數(shù)的測量、傳輸、顯示、修改和故障報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)了對陀螺儀的監(jiān)測和控制。關(guān)鍵詞：測控系統(tǒng)；ARM；陀螺儀；μClinux中圖分類號：TP273+.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BDesign&RealizationofmeasureandcontrolsystemingyrobasedonARMSUNLi-p

2、ing,DINGChao,WANGYong-liang（DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanologyofTsinghuaUniversity,Beijing100084,China）Abstract:Akindofmeasureandcontrolsystemingyrobasedon32-bitARMchipS3C44B0XandμClinuxoperatingsystemhasbeendesignedinthispaper.Themeasure,transfers,

3、display,amendingofparametersofgyro,monitoringandalarmfunctionhavebeenaccomplishedinthedesign.Throughthisdesign,theinspectionandcontrolofgyrohavebeenrealized.Keywords:monitoringsystem;ARM;gyro;μClinux1引言嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計(jì)算機(jī)為技術(shù)核心，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，軟硬件可裁的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功

4、耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)等各類產(chǎn)業(yè)和人們的日常生活中。本設(shè)計(jì)選用嵌入式系統(tǒng)作為陀螺儀的測控系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的精度、靈活性，方便操作以及程序的更改，同時也為以后進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能提供了良好的解決方案。2基于ARM的陀螺儀測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案簡介液晶顯示器參數(shù)測量FPGA頻率測量鍵盤ARM人機(jī)RS232ARM交互控制器微控制系統(tǒng)調(diào)制功放陀螺轉(zhuǎn)子報(bào)警D/A電路電路線圈人機(jī)交互模塊參數(shù)測量與控制模塊圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖整個測控系統(tǒng)分為

5、兩大硬件模塊（如圖1所示），即基于ARM的參數(shù)測量與控制模塊以及基于ARM的人機(jī)交互模塊。參數(shù)測量與控制模塊實(shí)現(xiàn)各種參量值的獲取與校正、根據(jù)測得的陀螺轉(zhuǎn)子頻率數(shù)據(jù)來調(diào)整輸出控制電壓，響應(yīng)用戶輸入控制參數(shù)，調(diào)整命令，故障自動診斷。轉(zhuǎn)子頻率在測控系統(tǒng)中需要較高的測量精度，所以采用FPGA進(jìn)行頻率測量。人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)參數(shù)的顯示、控制參數(shù)的輸入，以及故障報(bào)警。人機(jī)交互計(jì)算機(jī)需要接受控制1主機(jī)送來的系統(tǒng)狀態(tài)信息并以圖形或文本的方式顯示。同時，控制主機(jī)根據(jù)人機(jī)交互計(jì)算機(jī)傳送的控制參數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。兩計(jì)算機(jī)之間的通信由串行通

6、信接口完成。嵌入式操作系統(tǒng)μClinux為高級應(yīng)用程序提供了一個高性能的軟件運(yùn)行平臺。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件平臺采用S3C44B0X為核心的嵌入式系統(tǒng)。S3C44B0X是以ARM7為內(nèi)核的32位嵌入式處理器，其內(nèi)部有8路10-bitA/D、71pin通用輸入輸出端口、2個異步串口、片內(nèi)日歷、片內(nèi)16位PWM定時器、看門狗定時器、LCD控制器、JTAG調(diào)試接口。再配以外圍的存儲器、電源等芯片，就構(gòu)成了一個完整的嵌入式系統(tǒng)。本系統(tǒng)需測量的陀螺參數(shù)主要包括陀螺轉(zhuǎn)子的頻率、電壓電流信號、陀螺內(nèi)部的溫度。由于陀螺轉(zhuǎn)子頻率的

7、穩(wěn)定性影響陀螺精度，因此，使用芯片XC3S200作為頻率測量電路的核心器件來專門完成對轉(zhuǎn)子頻率的精確測量。XC3S200是由XILINX公司生產(chǎn)的FPGA芯片，具有高精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。電壓電流參數(shù)的測量利用S3C44B0X的8路10位精度片上A/D采集到CPU。電壓信號是雙極性信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器OP07限幅、電位平移得到符合A/D采集要求的0～2.5V電壓的單極性信號。電流信號首先經(jīng)過霍爾敏感元件轉(zhuǎn)換為與電流成正比的電壓，再經(jīng)運(yùn)算放大電路送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。陀螺內(nèi)部溫度的測量由電橋放大電路實(shí)現(xiàn)。電橋

8、的雙端輸出接入放大電路進(jìn)行放大，得到輸出電壓，然后同樣輸入到S3C44B0X自帶的A/D轉(zhuǎn)換器。人機(jī)交互模塊包括S3C44B0X微處理器、存儲器、串行通信接口、分辨率為320×240的液晶顯示器、帶有狀態(tài)指示燈的6×6小鍵盤、蜂鳴器幾個部分。通過該模塊可監(jiān)測陀螺運(yùn)行狀態(tài)，可隨時進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整等。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，控制主機(jī)與人機(jī)交互計(jì)算機(jī)之