光柵測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在ＡＲＭ中的應(yīng)用

摘要：光柵測量定向管內(nèi)徑系統(tǒng)作為多管火箭炮靜態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)的一個子集，其高精度、高穩(wěn)定性是保證測試指標(biāo)的重要前提。本文通過引入光柵尺和ARM7TDMI，闡述了一種在32位系統(tǒng)中集成測量要求高的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：光柵細(xì)分；ARM；S3C4510B；數(shù)據(jù)采集

1 引言

光柵測量是以光柵莫爾條紋為基礎(chǔ)，由兩塊疊放在一起的光柵的相對移動，就會產(chǎn)生與之同步移動的莫爾條紋信號，光柵盤上黑白刻線的相對移動，產(chǎn)生光強(qiáng)度周期性的變化，光信號經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號，對電信號進(jìn)行一系列處理，即可獲得光柵相對移動的位移量。增量式光柵線位移傳感器又稱光柵尺，是高精度線位移測量元件，具有便于位移信號數(shù)字化、高分辨率、大量程、測量效率高、可靠性好等優(yōu)點。它與數(shù)字處理設(shè)備配套，組成線位移測量系統(tǒng)，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、儀表、工具、兵器、宇航等產(chǎn)業(yè)中。

在兵工產(chǎn)業(yè)中，通過檢測多管火箭炮的各種靜態(tài)參數(shù)，就可對火箭炮的性能做出綜合評價，一方面為火箭炮的設(shè)計、制造和試驗提供可靠的依據(jù)，另一方面也能通過對靜態(tài)參數(shù)的測試，達(dá)到對火箭炮動態(tài)參數(shù)（如火箭炮的加速度、后坐力等）的影響進(jìn)行分析的目的，這對于提高我國火箭炮的加工與檢測技術(shù)水平，提高火箭炮的質(zhì)量與命中精度意義非常重大。

基于此，作為多管火箭炮靜態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)的一個子集，我們將光柵尺應(yīng)用到定向管內(nèi)徑測量系統(tǒng)中，并將系統(tǒng)中比較繁瑣且運算復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理部分，與當(dāng)下成熟的ARM7TDMI技術(shù)芯片相結(jié)合，研制出高精度、高穩(wěn)定性且便于在復(fù)雜環(huán)境下測量的光柵測量定向管內(nèi)徑測量系統(tǒng)如圖1所示。

將光柵傳感器置于十字結(jié)構(gòu)的四個頂點作為觸點，實際上為兩對互為反方向的觸點在二維方向上測量，有效的降低了系統(tǒng)誤差。

光柵傳感器的輸出為相差為90o的方波信號，擺幅為100mv；經(jīng)由放大、整形、細(xì)分、判向等處理后，變?yōu)檎蚍聪螂p路信號，如圖3所示。

對細(xì)分判向后的輸出脈沖計數(shù)，也就實現(xiàn)了對管內(nèi)徑的測量。

為了保證１ 的測量精度，我們采用中科院長春光機(jī)所生產(chǎn)的GCQ光柵測微傳感器，規(guī)格為50線／mm，20細(xì)分后剛好滿足１ 的測量精度。Flash芯片采用HY29LV160（2MB），SDRAM芯片采用2片HY57V641620（8MB 2=16MB）。主處理芯片ARM7TDMI采用三星公司的S3C4510B處理器。

3 數(shù)據(jù)采集的ARM實現(xiàn)

ARM公司是專門從事基于RISC 技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)

讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC 微處理器75％以上的市場份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。

Samsung 公司的S3C4510B 是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比16/32 位RISC 微控制器，內(nèi)含一個由ARM 公司設(shè)計的16/32 位ARM7TDMI RISC 處理器核，ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32 核，最適合用于對價格及功耗敏感的應(yīng)用場合。S3C4510B 系統(tǒng)的最大可尋址空間為64MB，采用統(tǒng)一編址方式，將系統(tǒng)的SDRAM、SRAM、ROM、Flash、外部I/O 以及片內(nèi)的特殊功能寄存器和8K一體化SRAM 均映射到該地址空間。

本文中所談到的光柵測量數(shù)據(jù)采集模塊只是功能強(qiáng)大的ARM7TDMI的一個子模塊，用以實現(xiàn)對內(nèi)徑參數(shù)的靜態(tài)測量；具體內(nèi)部模塊分布如圖4所示。

4 軟件設(shè)計

根據(jù)硬件設(shè)計，我們將S3C4510B的映射空間分配如表1所示。

對軟件開發(fā)環(huán)境的選擇，我們采用ARM公司推出的新一代集成開發(fā)工具ARM ADS（ARM Developer Suite），采用最新版本的ADS1.2的IDE環(huán)境。根據(jù)表1，我們可以生成系統(tǒng)初始化文件init.s，源程序如下。

；**************************************

IMPORT Main

AREA Init，CODE，READONLY

ENTRY

LDR R0， =0x3FF0000

LDR R1， =0xE7FFFF82 ；配置SYSCFG， 4K Cache，4K SRAM

STR R1， [R0]

LDR R1， =0x00000030 ；配置EXTDBWTH，32位數(shù)據(jù)寬度

STR R1， [R0， #0x3010]

LDR R1， =0x02000060 ；配置ROMCON0，2M Flash存儲空間：

STR R1， [R0， #0x3014]

LDR R1， =0x14010380 ；配置DRAMCON0，16MB的SDRAM空間

STR R1， [R0， #0x302C]

LDR R1， =0xCE3383FD ；配置REFEXTCON，控制SDRAM刷新

STR R1， [R0， #0x303C]

LDR SP， =0x3FE1000 ；SP指向4K SRAM的尾地址，向下生成堆棧

BL Main

END

；***************************************

光柵測量定向管內(nèi)徑子系統(tǒng)的軟件測量流程如圖5所示。

結(jié)論

在32位系統(tǒng)中集成了光柵測量定向管內(nèi)徑子系統(tǒng)的所有功能，實現(xiàn)了對四路光柵細(xì)分后信號的測量和采集功能，快速的完成了對四路信號的數(shù)據(jù)處理及其相關(guān)的統(tǒng)計功能。并且強(qiáng)大的S3C4510B芯片還裕出很多空間用來處理其他相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及實時控制子系統(tǒng)模塊。

智能化處理器核ARM7的使用，使測量系統(tǒng)更加便攜、小型化、高集成度以及良好的擴(kuò)展性；它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V。

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