第２９卷第６期 ２０１１年１１月 佳木斯大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ． ２０１１ 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① 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：ＴＰ２１２．９ 文献标识码：Ａ ０ 引 言 在汽车道路试验中，需要对车辆的动力性、制 ２．１加速度采集模块 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 动陛、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ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｌ２ 和单芯片三轴加速度传感器ＭＭＡ７２６０Ｑ构成车辆 微型电容式加速度传感器ＭＭＡ７２６０Ｑ，其功能如 图２所示…．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— Ｓｅｌｅｃｔｌ和ｇ—Ｓｅｌｅｃｔ２这两个引脚的电平，可以选择 ±１．５ｇ，±２ｇ，±４ｇ和４－６ｇ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 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． ３ Ａ休眠模式、５００￣Ａ低运行电流、１．０ｍｓ的快速 启动响应时间以及６ｒａｍ×６ｒａｍ×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 １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 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—２．８５Ｖ． ２．２数字信号处理器模块 接口电路上传至上位机，进行进一步分析处理． 数字信号处理器选用，Ｉ’Ｉ公司推出的Ｃ２０００系 列３２位定点ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，其主要特性 ２系统硬件设计 ① 收稿日期：２０１１—１Ｏ一２７ 为：３２位高性能ＣＰＵ；１５０ＭＨｚ主频，指令周期６． 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（１９７９一），男，安徽南陵人，芜湖傀鼠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． 佳木斯大学学报（自然科学版） 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个可编程、复用型、通用Ｉ／Ｏ口；１６通道 ２０１１年 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 。 Ｄ 可达１Ｍｂｐｓ等 ． ¨ 轴 加 上 一 速 位 度 机 传 感 器 图１测试系统总体框图 Ｉ Ｈ垫Ｉ ｘｏｔ，Ｉ Ｇ箍－Ｃ凳ｅｌ ‘席 ｖｏｕ１ ＩＥ２ｐＲ ＯＭ￣Ｏ ｉＳ 电路诚电路 Ｉ］补偿 ＺＯＵＴ 图２ ＭＭＡ７２６０Ｑ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 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 ２．４ｐ．ｓ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的输人量程．因只采集 三路加速度电压信号，故只用其中的Ｖｍ—Ｖｉ 三 个通道，Ｖ； 通道模拟接地． 图３电源电路 图４主程序流程图 ２．４ ＵＳＢ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１．５ｋＱ 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１２ｋｎ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 ＲＥＳＥＴ引脚直接接高电平即可复位．ＤＳＰ的 ＸＣＳＯＡＮＤ１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Ｏｘ２０００一 Ｏｘ４０００．ＩＳＰ１５８１与ＤＳＰ的数据交换采用中断方 式，中断信号接人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 ． ２．５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 第６期 陶玉责，等：基于ＤＳＰ和ＭＭＡ７２６０Ｑ的车辆加速度测试系统设计８４７ 统开发的电源管理芯片，可以提供３．３Ｖ和１．８Ｖ 触发ＤＳＰ的外部中断ＩＮＴ１，处理器进人中断程序， 两路电压输出，每路输出最大电流为１Ａ，３．３Ｖ分 依次读取三个通道的转换结果．因为ＤＳＰ应用软 别为ＭＭＡ７２６０Ｑ、ＩＳＰ１５８１及ＤＳＰ内部的ＧＰＩＯ、 件是在ＣＣＳ２０００环境下开发的，ＣＣＳ（Ｃｏｄｅ Ｃｏｍ． ＦＬＡＳＨ、ＲＯＭ及ＡＤＣ提供工作电压，１．８Ｖ为ＤＳＰ ｐｏｓｅｒ Ｓｔｕｄｉｏ）ＩＤＥ集成开发环境支持Ｃ／Ｃ＋＋ 的ＣＰＵ内核提供工作电压．上电次序由芯片本身 Ｃｏｍｐｉｌｅｒ／Ａｓｓｅｍｂｌｅ／Ｌｉｎｋｅｒ，而且具有Ｃ语言优化 保证，且具有电压监测功能．２ＲＥＳＥＴ管脚作为ＤＳＰ 器．因此，本系统采样汇编与ｃ混合编程，主程序 的复位端，输出管脚采用３３ｉ．ｚＦ电容滤波，以提高输 流程如图４所示． 出电压的稳定性．电源电路的设计如图３所示． ４结束语 ３系统软件设计 本文提出了基于ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２和高 ３．１加速度信号减谱去噪 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 在测试过程中，加速度信号受到振动、噪声及 道路试验中对车辆加速性能的测试试验，而且还可 电源干扰等周期性噪声以及其他白噪声的影响．因 以用于其它方面对加速度信号的采集．实验证明， 此，可以利用语音信号处理方法中的减谱去噪原理 测试系统完全满足设计要求，具有较高的实际应用 来去除周期性振动噪声，即在进行道路试验前，先 价值． 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 参考文献： 号样本，再在进行加速性能试验过程中采集加速度 ［１］Ｓｅｎｓｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＭＭＡ７２６０Ｑ ＸＹＺ Ｔｈｒｅｅ—Ａｘｉｓ ｌ ｏｗ ｇ Ａｃｃｅｌｅｒａ— 信号，将两者在频域中相减，转换到时域后的信号 ｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ『ＥＢ／ＯＬ１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｅｅｓｃａｌｅ．ｔｏｍ／ｆｉｌｅｓ／ｓｅｎｓｏｒｓ／ 即为去噪后的加速度信号 Ｊ．但此时信号中仍 ｄｏｅ／ｆａｃｔ— ｓｈｅｅｔ／ＭＭＡ７２６０ＱＦＳ．ｐｄｆ．２００５．６． ［２］苏奎峰，吕强，耿庆锋，等．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２原理与开发［Ｍ］．北 叠加有高频随机噪声，需进一步对信号用小波滤波 京：电子工业出版社。２００５：２６２—２７４． 的方法去除随机噪声． ［３］ 陶玉贵、余红英、喻沽．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 ３．２ ＤＳＰ应用软件设计 （３）：２１７—２２０． ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２通用定时器１输出引脚 ［４］赵力．语音信号处理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３：２８０ —２８２． Ｔ１ＰＷＭ／Ｔ１ＣＭＰ控制Ａ／Ｄ转换启动，通过设置通 ［５］周耀群．汽车道路试验数据采集与处理系统研究［Ｄ］．南京： 用定时器１的定时周期寄存器和比较寄存器的值 东南大学仪器科学与工程学院，２０ｏ７． 来确定采样频率．当Ａ／Ｄ所选通道全部转换完毕， Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ ａｎｄ ＭＭＡ７２６０Ｑ ＴＡＯ Ｙｕ—ｇｕｉ，ＪＩＡＮＧ Ｈｕｉ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｗｕｌｈｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈｕ ２４１ｏ０３，Ｏｆｉｎａ） 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，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ＭＭＡ７２６０Ｑ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ｃｈｉｐ ｏｆ ＤＳＰ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓａｍｐｌｅ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌｓ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｒｏｖｅｄ ｈｔａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ａｃｃｕ— ｒａｔｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ３一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ｒｏａｄｗａｙ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ＭＭＡ７２６０Ｑ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
