MCU控制器作為主控制器可直接控制慣性測(cè)量組件的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集，并將慣性測(cè)量組件采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到存儲(chǔ)器件內(nèi)，或通過USB接口直接傳入PC機(jī)處理。AT89C513lA是Atmel公司生產(chǎn)的基于80C52內(nèi)核的高性能8位單片CPU微處理器器件，片上集全速USB控制器和SPI接口，可方便地與陀螺儀器件連接，并通過USB接口將數(shù)據(jù)高速采集到PC機(jī)。K9F1G08UOM是三星公司的NAND Flash存儲(chǔ)器件，其容量為128 MB，在慣性測(cè)量組件高速采集的情況下可存儲(chǔ)至少4 h的連續(xù)采集數(shù)據(jù)量。其內(nèi)部存儲(chǔ)列為1 024塊。每塊分為64頁，1頁包含2 112字節(jié)，命令、地址、數(shù)據(jù)信息通過8條I／O線時(shí)分復(fù)用。可執(zhí)行2 K字節(jié)的頁編程操作和頁讀操作。

　　在該系統(tǒng)中，ADSl6355AMLZ作為從設(shè)備通過SPI接口與外界通信，輸出測(cè)得的三軸角速度、三軸加速度、三軸溫度、電壓值，外部CPU也可通過該接口設(shè)置ADISl6355AMLZ內(nèi)部寄存器，從而增強(qiáng)使用的靈活性。圖2為慣性測(cè)量組件的讀操作SPI時(shí)序圖。

　　從圖2中可看出，ADISl6355AMLZ的1次SPI傳輸包括16位數(shù)據(jù)。其中第l位是此次SPI傳輸?shù)淖x寫狀態(tài)標(biāo)識(shí)，第2位為O，接著的6特位是即將讀或?qū)懙募拇嫫鞯刂罚詈蟮?位在寫操作時(shí)是將要寫入寄存器的數(shù)據(jù)，如果是讀操作則無效。完成ADISl6355AMLZ的1個(gè)讀操作需2次16位的 SPI通信，其中第1次是寫入將要讀取的寄存器地址，讀寄存器的內(nèi)容將在第2次SPI通信時(shí)出現(xiàn)在ADISl6355AMLZ的DOUT信號(hào)線上，輸入 SPI的主設(shè)備。

 　　AT89C5131A內(nèi)置包含SPI接口，可方便地與ADISl6355AMLZ連接，通過SPI接口配置相應(yīng)的寄存器即可控制 ADISl6355AMLZ。由于該單片機(jī)為8位。其內(nèi)部寄存器也為8位。因此需對(duì)自身的SPI寄存器進(jìn)行2次寫操作，才能完成 ADISl6355AMLZ 1次SPI數(shù)據(jù)傳輸。該單片機(jī)內(nèi)含1個(gè)USB控制器，可向PC機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)。

　　2．2慣性測(cè)量組件系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)的硬件電路部分主要由內(nèi)置USB控制器的AT89C513l、NAND Flash器件K9F1G08UOM電路以及ADISl6355AMLZ組成，硬件接口如圖3所示。必須寫入相應(yīng)的命令才能順利執(zhí)行 ADISl6355AMLZ和NAND Flash的各種操作，南于數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用為8根線，因此地址、命令以及數(shù)據(jù)的輸入／輸出需要通過命令鎖存信號(hào)(CLE)和地址鎖存信號(hào)(ALE)共同控制從分時(shí)復(fù)用。

　　圖3中，I／O[7：0]：數(shù)據(jù)輸入／輸出端口，該信號(hào)與AT89C513l的AD[7：0]連接。寫使能信號(hào)。在其上升沿時(shí)，命令、地址和數(shù)據(jù)鎖存到相應(yīng)的寄存器中。該信號(hào)與AT89C513l的信號(hào)連接。：讀使能信號(hào)。在其下降沿時(shí)，輸出數(shù)據(jù)到I／O總線，同時(shí)，它還可以對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)地址進(jìn)行累加。該信號(hào)與AT89C513l的信號(hào)連接。CLE：命令鎖存使能信號(hào)。當(dāng)CLE為高電平時(shí)，命令在上升沿通過I／O端口送入命令寄存器。該信號(hào)與 AT89C5131的P2．0引腳連接。ALE：地址鎖存使能信號(hào)。當(dāng)ALE為高電平時(shí)，地址在上升沿送入地址寄存器。該信號(hào)與AT89C513l的 P2．1引腳連接。：片選信號(hào)。用于控制設(shè)備的選擇，當(dāng)設(shè)備忙時(shí)為高電平而被忽略。當(dāng)處于編程和擦除操作時(shí)設(shè)備不能回到備用狀態(tài)。該信號(hào)與 AT89C513l的P2．2引腳連接。：準(zhǔn)備好／忙輸出。當(dāng)它為低電平時(shí)，表示編程、擦除和隨機(jī)讀操作正在進(jìn)行，在操作完成后返回高電平；當(dāng)該器件沒被選中或輸出禁止時(shí)，其為高電平。該信號(hào)與AT89C513l的P2．3引腳連接。ADISl6355-AMLZ外部主要通過SPI接口與 AT89C5131的SPI接口對(duì)應(yīng)相連。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

　　USB總線具有速度快、連接簡(jiǎn)單快捷、無需外接電源、支持多設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這里選用的AT89C513lA單片機(jī)內(nèi)含 USB控制器，因此PC機(jī)通過USB口實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)或從Flash存儲(chǔ)器上統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)。

　　Microsoft公司未提供適合于本系統(tǒng)USB接口的驅(qū)動(dòng)程序，因此需自行開發(fā)。該程序的功能是：當(dāng)USB設(shè)備連接到主機(jī)上時(shí)，主機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接并完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，也就是能夠讓W(xué)indows正常檢測(cè)和識(shí)別USB設(shè)備。采用Driver-Studio中的DriverWorks作為開發(fā)工具，開發(fā)WDM型的USB驅(qū)動(dòng)程序。圖4為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程。

　　4 結(jié)束語

　　這里所設(shè)計(jì)的慣性測(cè)量組件系統(tǒng)主要采用基于哥氏效應(yīng)的ADISl6355 MEMS器件，測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三軸角速度、加速度，采用內(nèi)含USB控制器的AT89C5131A微控器進(jìn)行控制，只需很少的外圍器件，即可獲得性能優(yōu)異、應(yīng)用靈活方便的慣性測(cè)量組件系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)既可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集送回PC機(jī)處理，也可先將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Flash上，然后統(tǒng)一采集到PC機(jī)上處理，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，并且稍加修改就可應(yīng)用在慣性測(cè)量組件的其他應(yīng)用領(lǐng)域中，具有較好的推廣前景。