基于DSP和MMA7260Q的车辆加速度测试系统设计.doc

文章编号: 1008 1402( 2011) 06 0845 03基于dsp和mma7260q的车辆加速度测试系统设计陶玉贵， 蒋慧( 芜湖信息技术职业学院电子信息系，安徽 芜湖 241003)摘 要:针对汽车道路试验的特点和需求，设计开发了一种基于 dsp 和加速度传感器的车辆加 速 度 测 试 系 统 该设计选用高灵敏度三轴加速度传感器 mma7260q，以dsp芯 片tms320f2812 为核心控制器，对加速度信号进行采样 实践证明，测试系统在汽车道路试验中能准确、动态实时地采集车辆三维加速度信号关键词:dsp; mma7260q; 加速度; 测试系统中图分类号:文献标识码:tp212 9a0引言2 1加速度采集模块在汽车道路试验中，需要对车辆的动力性、制动性、操纵稳定性、平顺性等基本性能进行测试，其 中车辆加速度是重要的参数，它与车轮转速、车速、 车轮力等参数相结合，对汽车制动系统的性能匹配 和整车动态性能的分析具有重要意义本文介绍了一种基于 dsp 芯片 tms320f2812 和单芯片三轴加速度传感器 mma7260q 构成车辆 加速度测试系统设计方案，给出了测试系统的硬件 设计，对 mma7260q 的工作原理、电源电路和加速 度信号处理 等 软件设计进行了详细介绍 实 践 表 明，该测试系统抗干扰能力强、稳定性高，能实现对 加速度信号高精度动态实时采集和处理，具有较高 的实际应用价值加速度传感器选用美国 freescale 公司开发的基于微机电系统 ( mems) 的低成本、单芯片、三轴 微型电容 式 加 速 度 传 感 器 mma7260q，其 功 能 如 图 2 所示1 该加速度传感器融合了信号调理、单 极低通滤波器和温度补偿单元，通过设置芯片 g select1 和 g select2 这两个引脚的电平，可以选择 1 5g， 2g， 4g 和 6g 等 4 种测量范围 x、y、 z 三个相互 垂 直 方 向上的加速度信号由 g cell 传感单元感知，经过容压转换、增益放大、滤波和温 度补 偿 后以电压信号形式输 出 mma7260q 的3a 休眠模式、500a 低运行电流、1 0ms 的快速 启动响应时间以及 6mm 6mm 1 45mm qfn 小 巧封装等特性，满足了车载工况的要求mma7260q 具有 很 高 的 灵 敏 度，由 于 汽 车 在 制动时，其加速度变化范围大约为 1g，因此，选择 mma7260q 的量程范围为 1 5g，此时加速度传感 器灵敏度为 800mv / g，即 mma7260q 三 轴 的 加 速 度输出电压范围为 0 45 2 85v1测试系统总体设计加速度测试系统主要由信号采集模块、信号调理模块、a / d 转换、数据处理模块、电源模块、接口电路和上位机等组成，总体框架如图 1 所示 三轴 加速度传感器将加速度转换为电压信号，经信号调 理，再通过 a / d 转换，由 dsp 对信号进行采集处理， 最后将处理得到的加速度由 lcd 显示，并通过 usb 接口电路上传至上位机，进行进一步分析处理2 2 数字信号处理器模块数字信号处理器选用 ti 公司推出的 c2000 系列 32 位定点 dsp 芯片 tms320f2812，其主要特性 为: 32 位 高 性 能 cpu; 150mhz 主 频，指 令 周 期 62系统硬件设计 收稿日期: 2011 10 27基金项目: 安徽省高等学校省级优 秀青年人才基金项目 ( 2010sqrl228 ) ; 安徽 省 高等 学校省级自然科学研究项目 ( kj2011b219) 作者简介: 陶玉贵( 1979 ) ，男，安徽南陵人，芜湖信息技术职业学院电子信息系副教授，硕士，主要研究方向为汽车电子与测控技术()846佳 木 斯 大 学 学 报自然科学版2011 年67ns，低功耗设计; 128k 16 位片上 flash，18k 16 位片上 sram，4k 16 位片上 bootrom; 多种标 准串口外设: 1 个 spi 同步串口、2 个 uart 异步串 口、1 个增强型 can 总线接口、1 个 mcbsp 同步串 口; 56 个独立可编程、复用型、通用 i / o 口; 16 通道12 位的 a / d 转 换 接 口，双通道可同时采样，流 水 线采样最高速 60ns; can 总线接口，传输速率最高 可达 1mbps 等2图 3电源电路图 1测试系统总体框图图 4 主程序流程图2 4usb 接口电路设计usb 接口电路选用 philips 公司的 isp1581 芯片，它符合通用串行总线( usb) rev2 0 规范，支持 usb2 0 的自检工作模式和 usb1 1 的返回工作模 式，可以 在高速或全速条件下正常运行 isp1581 上电时，bus_conf、mode、rpu 引脚通过 1 5k 电 阻 上 拉，isp1581 工 作 在 通用处理器模 式; mode0 设为 1，读写选通信号为 8051 型; 唤 醒 功 能引脚 wakeup 接到 dsp 的一个通用 i / o 口上; rref 引脚通过 12k 精密电阻接模拟地，提供精 确的镜 像 电 流; isp1581 内 部集成的复位电路使 图 2mma7260q 功能框图tms320f2812 具有 较 大 的 寻 址 空 间、丰 富 的片上外设资源和很高的运算速度，支持 jtag 扫描 接口，便于调试，可使用汇编语言或 c / c + + 编程， 能显著提高系统的处理效率，使硬件系统具有很高 的性价比和更高的稳定性2 3 a / d 转换模块reset 引脚直接接高电平即 可 复 位dsp的a / d 转换芯片选用 analog device 公司生产的高速、低功耗、四通道同步采样的 14 位并行模数转 换器 ad7865，它采用 + 5v 供电，芯片内部有一个2 4s 的逐次逼近 adc，4 个跟踪 / 保持放大器，片 内 2 5v 参考电压、片上时钟振荡器和一个高速并 行接口 四通道同时采样时，单通道最大转换速率 可达 105 采样点 / s，每个通道输入范围可选用 5v或 10v 本系统选用 5v 的输入量程 因只采集 三路加速度电压信号，故只用 其 中 的 vin1 vin3 三 个通道，vin4 通道模拟接地xcs0and1 作为 isp1581 的 片 选 信 号，isp1581 的寄存器地 址 映 射 到 dsp 的 地 址 空 间 为 0x2000 0x4000 isp1581 与 dsp 的数据交换采用中断方 式，中断信号接入 dsp 的 xint1 引脚 本设计中没 有 使 用 dma 传 输，与 dma 相 关 的 引 脚 无 需 连 接32 5电源电路设计测试系统电源电路选用 ti 公司的双路输出电源芯片 tps767d318，该芯片是专门为 dsp 应用系陶玉贵，等: 基于 dsp 和 mma7260q 的车辆加速度测试系统设计第 6 期847统开发的电 源 管 理 芯 片，可 以 提 供 3 3v 和 1 8v两路电压输出，每路输出最大电流为 1a，3 3v 分 别 为 mma7260q、isp1581 及 dsp 内 部 的 gpio、 flash 、rom 及 adc 提供工作电压，1 8v 为 dsp 的 cpu 内核提供工作电压 上电次序由芯片本身触发 dsp 的外部中断 int1，处理器进入中断程序，依次读取三个通道的转换结果 因 为 dsp 应 用 软 件是在 ccs2000 环 境 下 开 发 的，ccs ( code com-poser studio )ide 集成开发环境支持 c / c +compiler / assemble / linker，而 且 具 有 c 语 言 优 化器 因此，本系统采样汇编与 c 混合编 程，主 程 序 流程如图 4 所示保证，且具有电压监测功能 2reset管脚作为 dsp的复位端，输出管脚采用 33f 电容滤波，以提高输 出电压的稳定性 电源电路的设计如图 3 所示4结束语本文提出了基于 dsp 芯片 tms320f2812 和高3系统软件设计灵敏度三轴加速度传感器 mma7260q 的车辆加速度测试系统设计方案 该系统不仅可以应用于汽车 道路试验中对车辆加速性能的测试试验，而且还可 以用于其它方面对加速度信号的采集 实验证明， 测试系统完全满足设计要求，具有较高的实际应用 价值3 1加速度信号减谱去噪在测试过程中，加速度信号受到振动、噪声及电源干扰等周期性噪声以及其他白噪声的影响 因 此，可以利用语音信号处理方法中的减谱去噪原理 来去除周期性振动噪声，即在进行道路试验前，先 用加速度测试系统采集没有任何汽车行驶加速度 影响下的包含了各种周期性噪声的加速度噪声信 号样本，再在进行加速性能试验过程中采集加速度 信号，将两者在频域中相减，转换到时域后的信号 即为去噪后的加速度信 号4 5 但此时信号中仍 叠加有高频随机噪声，需进一步对信号用小波滤波 的方法去除随机噪声参考文献:1sensor products mma7260q xyz three axis low g accelera-tion sensoreb / ol http: / / www freescale com / files / sensors / doc / fact_sheet / mma7260qfs pdf 2005 6 苏奎峰，吕强，耿庆锋，等 tms320f2812 原理与开发m 北京: 电子工业出版社，2005: 262 274陶玉贵、余红英、喻洁 基于 dsp 和 isp1581 的 usb 数据采集 系统设计j 安徽师范大学学报: 自 然 科 学 版，2011，34( 3) : 217 220赵力 语音信号处理m 北京: 机械工业出版社，2003: 280 282周耀群 汽车道路试验数据采集与处理系统研究d 南京: 东南大学仪器科学与工程学院，2007233 2 dsp 应用软件设计4tms320f2812通 用 定 时 器1输 出 引 脚t1pwm / t1cmp 控 制 a / d 转 换 启 动，通 过 设 置 通用定时器 1 的定时周期寄存器和比较寄存器的值 来确定采样频率 当 a / d 所选通道全部转换完毕，5design of vehicle acceleration measuring system based on dsp and mma7260qtao yu gui， jiang hui( department of electronic information，wuhu vocational college of information and technology，wuhu 241003，china)abstract:according to the features and requirements of vehicle roadway test，a design of vehicle acceler-ation measuring system based on dsp and acceleration sensor was presented in this paper in the design，thehigh sensitive three axis acceleration sensor mma7260q with the core controller of tms320f2812