基于DSP和MMA7260Q的车辆加速度测试系统设计.doc

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1、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

2、 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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、 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

10、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 MMA

11、7260Q、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

12、 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

13、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

14、 / 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4TMS32

15、0F2812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 Technolo

16、gy，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 chip of DSP was adopted to sample the acceleration signals Practice proved that the measuring system is able to collect accu- rate dynamic vehicle 3 dimensional accelerating signals in roadway testKey words:DSP; MMA7260Q; acceleration; measuring system