【導(dǎo)讀】參與同一工作的其他同志對(duì)本研究所做的任何。貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。以公布論文的全部或部分內(nèi)容。在很多運(yùn)動(dòng)物體的控制，監(jiān)測(cè)及導(dǎo)航中，不急需要角速度的信息，更需要角加速度的信息。角加速度計(jì)還可以用于人體運(yùn)動(dòng)及關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)的分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、石油勘探、地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。能測(cè)試，交通工具的啟動(dòng)及剎車性能的測(cè)試。在研究汽車碰撞時(shí)對(duì)駕駛員及乘客的沖擊情況，總之，角加速度傳感器在多種行業(yè)及領(lǐng)域中有較為廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)當(dāng)說。號(hào)進(jìn)行微分處理來得到角加速度。模量，并結(jié)合高的抗腐蝕特性，使得這種角加速度計(jì)適合工作在惡劣的工作環(huán)境下。理論分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，衍射光柵干涉儀可以用來測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)。角加速度計(jì)或加速度計(jì)的幅值誤差量在％。度作用時(shí)，飛輪的慣性矩使飛輪相對(duì)殼體轉(zhuǎn)動(dòng)角，于是一端的角度傳感器就是信號(hào)輸出。

　　

【正文】 1MHZ時(shí)約為 10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，使 RST在高電平下應(yīng)保持 20ms以上的時(shí)間。通常 RC時(shí)間常數(shù)越大，RST端上電保持高電平的時(shí) 間就要越長(zhǎng)。 加入復(fù)位電路無效， CPU加電后就會(huì)從隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，從而系統(tǒng)就不能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 如下圖： 圖 C8051F020 的引腳圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 放大電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)要求，傳感器輸出的信號(hào)為 mv 電壓信號(hào)，單片機(jī)無法直接采集所以需要采用放大電路進(jìn)行放大。本文出于各方因素考慮，選用了INA128 儀用放大器集成芯片來搭建放大電路。 INA128 芯片介紹 INA128 是具有高精度低功耗的通用儀表放大器，它使用了通用的 3 運(yùn)放設(shè)計(jì)和體積小巧使其應(yīng)用范圍廣泛反饋電流 Currentfeedback 輸入 電路即使在高增益條件下 (G=100 時(shí) 200kHz)也可提供較寬的帶寬。 通過使用外部電阻的改變可實(shí)現(xiàn)萬倍放大的任一增益選擇 INA128 提供了具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增益等式。 INA128 是通過激光來修正微調(diào)且偏置電壓 (50mV) 和溫度漂移 ? 非常低以及高共模抑制（在增益為 100 時(shí) 120dB），即使在電源電壓低到 177。 時(shí)其靜態(tài)電流也只有 700uA 是電池供電系統(tǒng)的理想選擇。其器件能受 177。 40V 電壓而無損壞的內(nèi)部輸入保護(hù) 措施。 INA128 的封裝為 8 引腳塑料 DIP 和 SO8 表面襯底封裝其工作規(guī)定溫度范圍為 40 C? 至 +85 C? 。 *具有低偏置電壓小于 50181。V。 *擁有低溫度漂移最大 *偏置電流輸入很低 最大 5nA。 *CMR 最 120d 的高共模抵制。 *177。 40V 輸入電壓保護(hù)。 *具有很寬電源電壓范圍 177。 至177。 15V。 *700181。A 低靜態(tài)電流。 圖 INA128 的引腳圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 +++A 1A 2A 3O v e r v o l l e t g eO v e r v o l l e t g e2183V +74V V 0R E F65I N A 1 2 84 0 K4 0 K4 0 K4 0 K2 5 K2 5 KR C INA128 構(gòu)建的放大電路 信號(hào) 放大電路可 采用兩 個(gè) INA128 芯片來對(duì) 小信號(hào) 進(jìn)行放大。若采用一級(jí)放大，當(dāng)放大倍數(shù)較大時(shí)，電路可能 會(huì)出現(xiàn) 不穩(wěn)定 給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性 ， 因此 采用兩級(jí)放大 電路 ，并在級(jí)間采用電容耦合電路，圖 所示是其電路圖。圖中，INA128 的 失調(diào)電壓漂移 很 低和低噪聲等性能指標(biāo)，簡(jiǎn)單 的 放大倍數(shù)設(shè)置，只 須通過改變 外部 電阻 的大小 就能改變放大倍數(shù)。圖 中 8 腳跨接的電阻就是用來調(diào)整放大倍率 , 7 腳需提供正負(fù)相等的工作電壓 , 3 腳輸入要放大的電壓，并從 6 腳輸出放大的電壓值。 5 腳則是參考基準(zhǔn)，如果接地，則 6 腳的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓。 圖 INA128 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 INA128兩級(jí) 放大電路 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 儀用放大器放大的倍數(shù)；由第 二級(jí) INA128 輸出端的輸出電壓應(yīng)為 0 到 。而一級(jí) INA128 輸入端采集的為 0 到 20mv 的電信號(hào)，根據(jù)計(jì)算可知放大倍數(shù)。 而每塊 INA128 放大增益數(shù)為； Gain=1+gk50R AD 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì) C8051F020 具有一個(gè)片內(nèi) 12 位 ADC ，一個(gè)高達(dá) 9 個(gè)通道的輸入多路選擇開關(guān)和可編程增益放大器。該 ADC 工作的最大采樣速率在 100ksps 時(shí)可提供真正的 12 位精度， INL 為177。 1LSB。 ADC0 的 基準(zhǔn)電壓可以在 DAC0 輸出和一個(gè)外部 VREF 引腳之間選擇。對(duì)于 C8051F020 器件， ADC0 有其專用的 VREF0 輸入引腳；片內(nèi) 15ppm/176。 C 的電壓基準(zhǔn)可通過 VREF 輸出引腳為其它系統(tǒng)部件或片內(nèi) ADC 產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。 ADC 完全由 CIP51 的特殊功能寄存器控制。其中一個(gè)輸入通道連接著單片機(jī)內(nèi)部溫度傳感器，其剩余的 8 個(gè)通道全部接外部輸入。 8 個(gè)外部輸入通道可被配置為 4 個(gè)一個(gè)差分輸入或 4 個(gè)兩單端輸入。系統(tǒng)控制器可以將 ADC 置于關(guān)斷狀態(tài)以節(jié)省功耗?？删幊淘鲆娣糯笃鹘釉谀M多路選擇器之后，增益可以用軟件進(jìn)行配置， 從 到 16 以 2 的整數(shù)次冪遞增。當(dāng)不同的輸入通道之間其輸入的電壓信號(hào)變化較大或在差分方式， DAC 可用于提供直流偏移 ，這個(gè)放大環(huán)節(jié)是非常有用的。其 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式有 4 種：軟件命令、定時(shí)器 2 溢出、定時(shí)器 3溢出和外部命令信號(hào)輸入。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號(hào)或周期性的定時(shí)器溢出信號(hào)觸發(fā)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束由一個(gè)狀態(tài)位指示，或者產(chǎn)生中斷 (如果中斷被使能 )。在轉(zhuǎn)換完成后， 10 或 12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)字被鎖存到兩個(gè)特殊功能寄存器中。這些數(shù)據(jù)字可以用軟件控制為左對(duì)齊或右對(duì)齊。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 實(shí)時(shí)顯示電路設(shè)計(jì) 本文顯示電路采用 LCD1602 進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。 1602 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的 等 諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn) ； 位數(shù)多，可顯示 16?2， 而 32 個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了 。 的 顯示內(nèi)容，可顯示所有大、小寫字和母數(shù)字 。 比較 簡(jiǎn)單， 而用 用數(shù)碼管 進(jìn)行 動(dòng)態(tài)顯示， 則 會(huì)占用很多時(shí)間來刷新顯 12位的 ADC 原理框圖 圖 LCD1602 實(shí)物圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 示，而 1602 則會(huì)快速 自動(dòng) 地 完成此 功能。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 各引腳標(biāo)注功能為下： 第 1 腳： VSS 為地電源 。 第 2 腳： VDD 接正 5V 電源 。 第 3 腳： V0 是控制 顯示器 的 對(duì)比度調(diào)， 當(dāng)其腳 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高 。 第 4 腳：寄存器選擇 引腳 RS， 其為 高電平時(shí)數(shù)據(jù)寄存器、 否側(cè)為指令寄存器。 第 5 腳： RW 決定了其 讀寫，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 反之為寫操作 。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳 :空腳（有的用來接背 光） 。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 特別是隨著 SD 卡及 U 盤在生活中的普及，嵌入式系統(tǒng)把讀寫 SD 卡 /U盤功圖 LCD1602 引腳結(jié)構(gòu)圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 能集成到系統(tǒng)，成為一種趨勢(shì)。 在本論文設(shè)計(jì)中 , 采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用了 SD 卡。 為了便于運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集，要求大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。所以本文選用 SD來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 SD 卡讀寫是指單片機(jī)讀寫 SD 卡。 SD/MMC 卡是一種容量大 (最大可達(dá) 4GB)、性價(jià)比高、體積小、訪問接口簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)卡 , 而且通過 USB 讀卡器 , 可以很方便地將卡中文件拷貝到通用計(jì)算機(jī)中 。 目前 , SD 卡已大量用于數(shù)碼相機(jī)、 MP手機(jī)與大容量存儲(chǔ)設(shè)備中 。 SD 卡是一種低電壓的 flash 閃存產(chǎn)品，有標(biāo)準(zhǔn)的 SD/SPI 兩種操作模塊。對(duì)于 SD 操作模式，讀寫速度快，控制信號(hào)線多，操作復(fù)雜，對(duì)于 SPI 操作模塊，速度慢 ， 線少，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。 嵌入式系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)采集或者讀取參數(shù)文件，往往需要通過串口或者其他的方式進(jìn) 與 PC 機(jī)數(shù)據(jù)傳輸。采用 SD 卡進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳輸則是一種不錯(cuò)的方案。 SD 卡功能原理的介紹 SD 卡模塊的外形如圖 所示： 圖 SD卡模塊實(shí)物圖 根據(jù)主控制器與 SD 卡的通信協(xié)議不同 ,其有 兩種訪問模式 :SD 模式和 SPI模式。在不同的通信 模式下 ,其對(duì)應(yīng) 的 SD 卡引腳的功能也不一樣 ,具體引腳功能在在下文會(huì)說明。通常主機(jī)只能以其中的一種通信模式進(jìn)行運(yùn)行。該通信模式的選擇對(duì)于主控制器來說是透明的 ,SD 卡會(huì)檢測(cè)其通信協(xié)議模式的復(fù)位命令 ,而當(dāng)通信模式選定后 ,在通電情況下系統(tǒng)是不能切換到另一種模式的。 SD 模式下 ， 主控制器使用 SD 總線訪問存儲(chǔ)卡 ,而對(duì)于普通的單片機(jī)是沒有硬件 SD 總線的 , 盡管軟件仿真一個(gè) SD 總線 ,但其訪問速度會(huì)受到限制 , CPU時(shí)間會(huì)大量被占用 ,而對(duì)于 SPI 總線一般單片機(jī)都具有 ,本文對(duì) SD 卡的讀寫就是通過 SPI 總線實(shí)現(xiàn)的 。 下面介紹 SPI 總 線工作方式。在當(dāng)系統(tǒng)處于 SPI 總線模式下 ,CS 為片選信號(hào) ,SCK 為時(shí)鐘信號(hào) , DI(DataIn)為主控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào) , DO(DataOut) 為南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 卡發(fā)送的據(jù)信號(hào) ， 其都是單向通信的 。 SD 卡的結(jié)構(gòu)如圖 所示 , SD 卡內(nèi)部除了卡接口控制器還有大量存儲(chǔ)單元、寄存器以及 SD 和 SPI 兩種模式的對(duì)外接口等。外部主控制器訪問卡的外部信號(hào)線采用簡(jiǎn)接相連 ,是通過卡的接口控制器與存儲(chǔ)器單元接口連接?？ń涌诳刂破靼凑罩骺刂破鞯拿顚?duì)卡內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀 /擦 /寫 , 具體的卡內(nèi)操作主控制器無須知道、以及存儲(chǔ)單元如何管理的 ,這使主控制得負(fù)擔(dān)大大減輕 。 SD 卡內(nèi)部有 6 個(gè)信息寄存器 ,用來設(shè)置和保存操作卡的關(guān)鍵信息 ,有兩個(gè)狀態(tài)寄存器 ,用來記錄操作卡的當(dāng)前狀態(tài)。 C8051F020 單片機(jī)作為測(cè)量系統(tǒng)的主控制器。 C8051F020 單片機(jī)在指令上與8051 在完全兼容 ,但其性能遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的 8051 單片機(jī) , 片內(nèi)包括了 8052 的所有外設(shè)外 ,又外擴(kuò)了更多豐富的外設(shè)。 數(shù)據(jù)采集功能對(duì)于 C8051F020 來說是輕而易舉的 ,還能很容易地實(shí)現(xiàn) SD 卡的訪問。與 SD 卡系統(tǒng)相關(guān)的特性如下 : *單片機(jī)內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu) ,高速度指令運(yùn)行 ,指令運(yùn)行速度是標(biāo)準(zhǔn)的 C51系列單片機(jī)大約 10 倍 ,指令運(yùn)行速度可高達(dá) 25MIPS,滿足高速操作 SD 卡的功能要求。 *具有硬件 SPI 接口 ,可與 SD 卡的 SPI 總線方便地對(duì)接。 *具有 64 個(gè) I/O 端口。一般的數(shù)據(jù)采集需要滿足外 ,還有足夠的 I/O 端口用于與 SD 卡的連接以及顯示模塊連接。而且 ,軟件可以配置這些 I/O 口線，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能 ,其中通過配置相關(guān)寄存器可得到 SPI 接口。 *強(qiáng)大中斷系統(tǒng)的時(shí)刻由用戶擴(kuò)展的 ,支持 22 個(gè)中斷源（包括 SPI 接口產(chǎn)生的中斷）， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。 *Flash 片內(nèi)存儲(chǔ)器 64KB、和 XRAM 為 4KB。其存儲(chǔ)空間滿足了 SD 卡需要 ,從而可以簡(jiǎn)單地滿足文件系統(tǒng)的建立和 SD 卡訪問的需要。 *輸出 的工作電壓 ,SD 卡與其工作電壓完全吻合。 *通過編程可切換內(nèi)外時(shí)鐘 ,可以使用內(nèi)部時(shí)鐘 ,也可以使用外部時(shí)鐘。 *JTAG 接口的在系統(tǒng)調(diào)試模式 ,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)的簡(jiǎn)單方便。 SD 卡硬件功能的設(shè)計(jì) C8051F020 MCU 的串口的主要特點(diǎn)有 :三線同步傳輸和全雙工模式 ,其發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)可以同步進(jìn)行 ?？梢怨ぷ饔袃煞N，主機(jī)方式和從機(jī)方式 。當(dāng)工作在南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 主機(jī)方式下數(shù)據(jù)的最大傳輸速率 (位 /秒 )10Mb/s 可達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的一半 。SPI可通過編程來控制傳輸速率 。發(fā)送中斷標(biāo)志結(jié)束設(shè)置 ,不影響 CPU 時(shí)間 ?？删幊谈淖兊拇袝r(shí)鐘極性與相位 。具有兩種保護(hù)，其分別為寫沖突保護(hù)和總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)。對(duì)于 C8051F020 的 SPI 系統(tǒng)而言 ,首先通過 I/O