基于MCU与DSP的双机压电捷联惯导系统

摘要 以压电陀螺及压电加速计作为惯性器件的惯性导航/制导系统，具有成本低、质量轻、抗冲击、可靠性高等优点．是惯性导航一直研究的解决方案。文章介绍基于TI公司TMS320C5410实现的压电捷联惯导系统的平台．论述系统的硬件与系统组成和设计，详细说明DSP系统中。HPI接口、串口发送数据以及程序加载自举等的使用与实现方法。 关键词 压电捷联惯导系统 DSP 捷联姿态计算 引 言 近年来，广大科研工作者研究了各种减小压电捷联惯导系统的误差方法，使压电惯性器件的精度得到了极大的提高[1].本文介绍了一种实用的基于DsP实现的压电捷联惯导系统方案。 1 系统的硬件设计 整个压电捷联惯导系统分为三个部分：压电惯性组合部分；由ADS1251与ADuC834组成的信号接口与模数转换单元；由TMS320C54lO等构成的数据处理单元。系统框图如图1所示。 压电惯性组合采用专用压电陀螺及压电加速度计。由TI公司24位,20 kHz的A/D转换器ADSl251完成六路压电陀螺及压电加速度计的信号精确采样，实际采样速率为500 Hz。采用美国模拟器件公司的8位51 MCU微处理器ADuC834作六路采样的主控制器。ADuC834集成了温度传感器、62 KB的可编程程序EEPROM、定时器，以及I2C兼容的SPI和标准的串行I/O等。通过SPI方式读人六路采样转换后的信号，同时完成温度的采样，所有采样后得到的数字信号通过HPI接口写入到TMS320C5410的数据单元。采用ADuC834的口0与口2实现与TMS320C54lO的HPI接口相连，接口电路如图2所示。 数据处理单元由TMS320C5410、SST39VF200B及MAX3111E组成。TMS320C5410是TI公司54系列DSP处理器，外接10 MHz晶振，通过设置PLL，工作频率在100 MHz，处理能力可达到l00MIPS。它采用微计算机工作方式(MP/MC引脚接地)，外接SST39VF200B作为外接存储器。系统启动时，由固化在TMS320C5410片内RoM的自举引导程序加载SST39VF200B中的应用程序。TMS320C5410与ST39VF200B接口如图3所示。 TMS320C5410的McBSP0与MAX3111E相连，完成串口数据的输出。设置McBSP0工作在SPI主动模式，与MAX311lE进行通信。电路接口如图4所示。 2 系统软件设计 2.1 HPl接口 系统软件包括ADuC834的软件设计与DSP的软件设计。ADuC834软件部分采用汇编语言编写，完成HPI的初始化、温度信号的采集、通过相应引脚的控制完成六路信号采集及接收、HPI数据的发送等。采用了HINT引脚信号来完成双方数据的同步。DSP通过向HPIc的HINT位写I，使HINT引脚变为低电平，指示ADuC834发送新的数据帧。ADuC834从引脚P2.7读到此低电平信号，写完一帧数据到设定的DSP数据区域，再写HPIC的HINT位，恢复HINT引脚为高电平。然后向HPIC中的DSPINT位写入1，通知DSP进人HPI中断接收数据。DSP接收完数据后，再向HPIC的HINT位写l，指示新的数据传输过程。 2.2 主程序 DSP部分的软件采用C语言设计，包括丰程序、HPI中断服务子程序及定时中断服务子程序。主程序完成系统的初始化，包括DSP工作模式的设置、堆栈的设置、初始化McBSPO、初始化MAX3111E、设置定时中断等。框图如图5所示。 2.3捷联姿态计算 HPI中断部分完成数据接收的同时，完成数据的计算处理，ADuC834的数据已存放在设定的几个数据单元，对读出数据采用四元数算法进行捷联姿态计算。算法部分功能模块如图6所示。 2.4串行数据发送 通过配置McBSPO及MAX311lE，实现在定时中断部分完成计算出的角度、位置，速度等数据的发送。设定了每10ms发送一次数据，采用查询方式完成数据的发送。 在系统引导时完成McBSPO及MAX3111E的初始化，McBSP0始初化程序如下： 通过查询SPCR2的XRDY位与XEMPTY位可知是否可向McBSP写数据，查询程序如下： 通过发送数据写配置寄存器完成MAX3111E的初始化，程序如下： void init_max3111e(){ unsigned int flagl=0xO；； mcbsp ready(); *DXRl0=0xc801; //写配置寄存器，允许发送缓冲区空中断，fosc=3.6864 MHz //波特率为115 200 b/s，8位数据位，1位停止位 mcbsp_ready()； }； 在发送数据时，为保证MAX311E不丢失数据，需用中断方式或查询方式，在MAX3111E的缓冲区空时再发送数据，查询方式发送数据程序如下： void sendl(unsigned char data){ unsigned char flag=0x0，datahi，datalow； while(flag!=0x4801){//第14位为1，表示发送缓冲区为空 mcbsp_ready() 3 程序的编译与自举 通过JTAG接口，由仿真器可方便的对平台进行调试，同时完成应用程序的写入。可在CCS集成开发环境中建立相应的工程，导入．cmd文件、vector.asm文件、库文件、源程序等。在编译选项中加入一v548，编译后生成相应的．out文件。整个程序小于32 KB，使用C54xx通用Flash烧写工具C54xx Flash Tool 2.01[2]，生成相应的16位hex文件及Flash烧写的flashburn.Out文件。在CCS中导入flashburn.out，设置CPU寄存器DROM位为0，然后运行，即完成了对SST39VF200B中程序的烧写。 结 语 基于TMS320C5410实现的压电捷联惯导系统平台，电路体积小，系统稳定性高。经测试，整体性能满足误差校正、姿态角及速度、加速度的计算要求，并提供了捷联惯导系统实现各种算法的基础平台。