微機(jī)械慣性傳感器檢測平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.3 交流放大器

　　微機(jī)械慣性傳感器在施加激勵(lì)信號(hào)后,即處于振動(dòng)狀態(tài)。傳感器有差動(dòng)微電容量變化C0+ΔC和C0-ΔC。采用電荷放大器電路提取出ΔC,此電壓信號(hào)仍然很弱,需要進(jìn)一步放大處理,于是采用圖8所示的交流放大器。

交流放大器由4個(gè)放大倍數(shù)為-1、-2、-5、-10的運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)組成,進(jìn)一步放大被測信號(hào),同時(shí)調(diào)整幅值以便適應(yīng)解調(diào)器的輸入。圖8中的開關(guān)選用ADG211模擬開關(guān),通過控制模擬開關(guān)的開合,可以任意選擇某級(jí)或某幾級(jí)放大器參加工作,實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)正負(fù)1、2、5、10、20、50、100的整倍數(shù)調(diào)整。例如,將模擬開關(guān)S0、S2、S8、S13閉合,其他開關(guān)全部打開,交流放大器的總放大倍數(shù)即為:(-1)×(-2)×(-10)=-20。

3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　使用計(jì)算機(jī)總線,與外設(shè)之間必須有接口。本系統(tǒng)采用雙端口RAM作為數(shù)據(jù)緩存。先將信號(hào)采樣并存儲(chǔ)其中,然后成組地向主機(jī)傳送,從而有效地發(fā)揮了主、從資源的效率,且設(shè)計(jì)也相對(duì)簡單。

3.4.1 系統(tǒng)工作原理

　　系統(tǒng)基本組成原理如圖9。主要有雙端口RAM、邏輯控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換器組、計(jì)算機(jī)接口。主機(jī)通過接口啟動(dòng)邏輯控制模塊后,CPU資源向其他請(qǐng)求開放,邏輯控制模塊發(fā)控制信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器并進(jìn)行采樣,并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入雙端口RAM。當(dāng)RAM中的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí),邏輯控制模塊向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。主機(jī)接到請(qǐng)求后進(jìn)入中斷服務(wù)程序,向邏輯控制模塊發(fā)出命令,決定是否繼續(xù)采樣,并將RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。

3.4.2 硬件設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)使用Cypress公司的CY7C136(2k×8bit)雙端口RAM。其兩個(gè)端口都有獨(dú)立的控制信號(hào)、片選CE、輸出允許OE和讀寫控制R/W。這組控制信號(hào)使得兩個(gè)端口可以像獨(dú)立的存儲(chǔ)器一樣使用。使用這種器件要注意當(dāng)兩個(gè)端口訪問同一個(gè)單元時(shí),有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀出的結(jié)果不正確。解決這個(gè)問題的方法有兩個(gè):一種是監(jiān)測busy信號(hào)輸出,當(dāng)檢測到busy信號(hào)有效時(shí),就使訪問周期拉長,這是從硬件上解決;另一種方法是軟件上保證兩個(gè)端口不同時(shí)訪問一個(gè)單元,即將雙端口RAM進(jìn)行分塊。本系統(tǒng)采用后者,將busy信號(hào)輸出通過上拉電阻接到電源正極。

　　在系統(tǒng)中,邏輯控制模塊的作用非同小可,是控制采樣、存儲(chǔ)、與計(jì)算機(jī)接口的核心。本系統(tǒng)為了方便對(duì)采樣速率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,在該模塊中采用了MCS-51單片機(jī)。這樣可以通過編程設(shè)定采樣速率。

　　與主機(jī)的信息交換包括:

　　(1)接收主機(jī)控制信號(hào),以決定是否開始采樣;

　　(2)在存儲(chǔ)區(qū)滿后,向主機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求。

　　本系統(tǒng)使用AT89C51的地址總線來選通RAM的存儲(chǔ)單元,對(duì)其進(jìn)行寫操作,將采樣結(jié)果存入相應(yīng)的單元。

3.4.3 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件包括主機(jī)程序和邏輯控制模塊中89C51程序。軟件的關(guān)鍵是單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器部分,軟件流程見圖10。

　　至于系統(tǒng)的采樣速率,一般通過調(diào)用定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)。

　　微機(jī)械慣性通用檢測系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)(專用于微機(jī)械陀螺儀和加速度計(jì)),可實(shí)現(xiàn)敏感元件的自動(dòng)測試,自動(dòng)掃頻測出傳感器的諧振頻率、Q值等,并且還可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)硬件功能再調(diào)整,在實(shí)際檢測中取得了較好的效果。