嵌入式开发-基于arm的陀螺仪测控系统的设计与实现

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1、基于ARM的陀螺仪测控系统的设计与实现孙丽萍丁超王永梁（清华大学精密仪器与机械学系北京100084）摘要：本文设计了基于ARM核的32位微处理芯片S3C44B0X的陀螺仪测控系统，采用µClinux操作系统，完成了对陀螺仪各项参数的测量、传输、显示、修改和故障报警等功能，实现了对陀螺仪的监测和控制。关键词：测控系统；ARM；陀螺仪；µClinux中图分类号：TP273+.5文献标识码：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引言嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功

4、耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。随着信息技术的不断发展，嵌入式系统已经广泛地运用到科学研究、工程设计、军事技术等各类产业和人们的日常生活中。本设计选用嵌入式系统作为陀螺仪的测控系统，大大提高了系统的精度、灵活性，方便操作以及程序的更改，同时也为以后进一步完善系统功能提供了良好的解决方案。2基于ARM的陀螺仪测控系统设计方案简介液晶显示器参数测量FPGA频率测量键盘ARM人机RS232ARM交互控制器微控制系统调制功放陀螺转子报警D/A电路电路线圈人机交互模块参数测量与控制模块图1系统设计方案图整个测控系统分为

5、两大硬件模块（如图1所示），即基于ARM的参数测量与控制模块以及基于ARM的人机交互模块。参数测量与控制模块实现各种参量值的获取与校正、根据测得的陀螺转子频率数据来调整输出控制电压，响应用户输入控制参数，调整命令，故障自动诊断。转子频率在测控系统中需要较高的测量精度，所以采用FPGA进行频率测量。人机交互模块实现参数的显示、控制参数的输入，以及故障报警。人机交互计算机需要接受控制1主机送来的系统状态信息并以图形或文本的方式显示。同时，控制主机根据人机交互计算机传送的控制参数，对系统进行调整。两计算机之间的通信由串行通

6、信接口完成。嵌入式操作系统µClinux为高级应用程序提供了一个高性能的软件运行平台。3系统硬件设计本设计的硬件平台采用S3C44B0X为核心的嵌入式系统。S3C44B0X是以ARM7为内核的32位嵌入式处理器，其内部有8路10-bitA/D、71pin通用输入输出端口、2个异步串口、片内日历、片内16位PWM定时器、看门狗定时器、LCD控制器、JTAG调试接口。再配以外围的存储器、电源等芯片，就构成了一个完整的嵌入式系统。本系统需测量的陀螺参数主要包括陀螺转子的频率、电压电流信号、陀螺内部的温度。由于陀螺转子频率的

7、稳定性影响陀螺精度，因此，使用芯片XC3S200作为频率测量电路的核心器件来专门完成对转子频率的精确测量。XC3S200是由XILINX公司生产的FPGA芯片，具有高精度、稳定等优点，符合系统设计的要求。电压电流参数的测量利用S3C44B0X的8路10位精度片上A/D采集到CPU。电压信号是双极性信号，经过运算放大器OP07限幅、电位平移得到符合A/D采集要求的0～2.5V电压的单极性信号。电流信号首先经过霍尔敏感元件转换为与电流成正比的电压，再经运算放大电路送到模数转换器。陀螺内部温度的测量由电桥放大电路实现。电桥

8、的双端输出接入放大电路进行放大，得到输出电压，然后同样输入到S3C44B0X自带的A/D转换器。人机交互模块包括S3C44B0X微处理器、存储器、串行通信接口、分辨率为320×240的液晶显示器、带有状态指示灯的6×6小键盘、蜂鸣器几个部分。通过该模块可监测陀螺运行状态，可随时进行控制参数的调整等。根据系统设计的要求，控制主机与人机交互计算机之