微機械慣性傳感器檢測平臺的設計與應用

3.3 交流放大器

　　微機械慣性傳感器在施加激勵信號后,即處于振動狀態(tài)。傳感器有差動微電容量變化C0+ΔC和C0-ΔC。采用電荷放大器電路提取出ΔC,此電壓信號仍然很弱,需要進一步放大處理,于是采用圖8所示的交流放大器。

交流放大器由4個放大倍數(shù)為-1、-2、-5、-10的運算放大器級聯(lián)組成,進一步放大被測信號,同時調整幅值以便適應解調器的輸入。圖8中的開關選用ADG211模擬開關,通過控制模擬開關的開合,可以任意選擇某級或某幾級放大器參加工作,實現(xiàn)對放大倍數(shù)正負1、2、5、10、20、50、100的整倍數(shù)調整。例如,將模擬開關S0、S2、S8、S13閉合,其他開關全部打開,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)

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

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轉換器組、計算機接口。主機通過接口啟動邏輯控制模塊后,CPU資源向其他請求開放,邏輯控制模塊發(fā)控制信號啟動A/D轉換器并進行采樣,并將轉換結果存入雙端口RAM。當RAM中的數(shù)據(jù)達到一定數(shù)量時,邏輯控制模塊向計算機發(fā)出中斷請求。主機接到請求后進入中斷服務程序,向邏輯控制模塊發(fā)出命令,決定是否繼續(xù)采樣,并將RAM內的數(shù)據(jù)讀入內存。

3.4.2 硬件設計

　　本設計使用Cypress公司的CY7C136(2k×8bit)雙端口RAM。其兩個端口都有獨立的控制信號、片選CE、輸出允許OE和讀寫控制R/W。這組控制信號使得兩個端口可以像獨立的存儲器一樣使用。使用這種器件要注意當兩個端口訪問同一個單元時,有可能導致數(shù)據(jù)讀出的結果不正確。解決這個問題的方法有兩個:一種是監(jiān)測busy信號輸出,當檢測到busy信號有效時,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端口不同時訪問一個單元,即將雙端口RAM進行分塊。本系統(tǒng)采用后者,將busy信號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、與計算機接口的核心。本系統(tǒng)為了方便對采樣速率等參數(shù)進行設置,在該模塊中采用了MCS-51單片機。這樣可以通過編程設定采樣速率。

　　與主機的信息交換包括:

　　(1)接收主機控制信號,以決定是否開始采樣;

　　(2)在存儲區(qū)滿后,向主機發(fā)中斷請求。

　　本系統(tǒng)使用AT89C51的地址總線來選通RAM的存儲單元,對其進行寫操作,將采樣結果存入相應的單元。

3.4.3 軟件設計

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

　　至于系統(tǒng)的采樣速率,一般通過調用定時中斷來實現(xiàn)。

　　微機械慣性通用檢測系統(tǒng)針對性強(專用于微機械陀螺儀和加速度計),可實現(xiàn)敏感元件的自動測試,自動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現(xiàn)硬件功能再調整,在實際檢測中取得了較好的效果。