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基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理系统的设计

作　者: 郭志豪
导　师: 梁雁冰
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 控制工程
关键词: MEMS陀螺仪 TMS320F2812 ADXRS646 TLC3578 误差补偿 FIR低通滤波
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着微机电（MEMS）技术的发展，MEMS陀螺仪的应用领域越来越广泛。本文以AD公司的MEMS陀螺仪ADXRS646为例，进行了一系列的应用研究。首先掌握了MEMS陀螺仪的工作原理，并进行了相应的误差分析。然后进行硬件电路设计，包括TMS320F2812最小系统、ADXRS646应用电路、放大电路、A/D模数转换电路和RS‐485信号传输电路等。制成相应的PCB板之后，进行软件程序的设计，包括DSP系统初始化、A/D模数转换程序和上位机信号传输程序等。系统设计完成之后，分别进行硬件电路、软件程序的调试，使系统能够正常工作。在对MEMS陀螺仪进行误差分析之后，发现MEMS陀螺仪的误差主要有三部分组成：系统误差，随机误差和温度误差。本文分别对这三种误差进行了相应的误差补偿。系统误差：采用对比法，与高精度的光纤陀螺仪的输出信号比对，对其零位偏差和比例因子进行修正；随机误差：采用FIR低通滤波，滤除其高频噪声信号，从而削弱其随机误差的影响；温度误差：根据工作环境的不同，采用单点校准或三点校准法，补偿MEMS陀螺仪在相应温度下的零位偏差和比例因子。通过这三种补偿方法，提高了MEMS陀螺仪的输出精度，达到了系统设计要求。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-14
  1.1 陀螺仪概述  11
  1.2 微机械陀螺研究现状  11-12
  1.3 课题的研究意义及主要研究内容  12-14
    1.3.1 课题的背景及意义  12-13
    1.3.2 主要研究内容及本人所做工作  13-14
2 MEMS 陀螺仪  14-22
  2.1 MEMS 陀螺仪的特点  14-15
  2.2 MEMS 陀螺仪的工作原理  15-20
  2.3 MEMS 陀螺仪的误差分析  20-22
    2.3.1 系统误差  20-21
    2.3.2 随机误差  21
    2.3.3 温度误差  21-22
3 硬件电路设计  22-39
  3.1 TMS320F2812  23-26
    3.1.1 TMS320F2812 的存储结构  24
    3.1.2 TMS320X2812 的性能特点  24-25
    3.1.3 TMS320F2812 相关电路设计  25-26
  3.2 MEMS 陀螺仪 ADXRS646  26-29
    3.2.1 ADXRS646 工作原理  26-27
    3.2.2 ADXRS646 应用电路  27-28
    3.2.3 ADXRS646 温度输出电路  28-29
  3.3 放大电路  29-33
  3.4 TLC3578  33-36
  3.5 RS‐485 电路设计  36-39
4 软件程序设计  39-57
  4.1 DSP 系统初始化  39-42
  4.2 A/D 模数转换程序设计  42-51
    4.2.1 SPI 接口概述  42-44
    4.2.2 SPI 接口工作原理  44-45
    4.2.3 SPI 接口初始化  45-47
    4.2.4 A/D 转换模式  47-51
  4.3 与上位机通信程序的设计  51-55
    4.3.1 SCI 接口概述  51-52
    4.3.2 SCI 接口工作原理  52-53
    4.3.3 SCI 接口初始化  53-55
  4.4 上位机信号处理程序  55-57
5 系统调试  57-64
  5.1 硬件电路模块调试  57-59
    5.1.1 参考源输出调试  58-59
    5.1.2 ADXRS646 零位电压调试  59
    5.1.3 放大电路的放大倍数的调试  59
  5.2 软件程序模块调试  59-64
    5.2.1 A/D 转换程序调试  59-63
    5.2.2 DSP 与上位机的信号传输程序调试  63-64
6 误差补偿  64-78
  6.1 系统误差补偿  64-67
  6.2 随机误差补偿  67-74
    6.2.1 随机误差分析  67-68
    6.2.2 Matlab 实现与 DSP 移植  68-74
  6.3 温度误差补偿  74-78
7 总结与展望  78-80
  7.1 论文总结  78
  7.2 研究展望  78-80
参考文献  80-82
附录  82-88
  附录 1 DSP 程序  82-85
  附录 2 MATLAB 程序  85-88
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  88

基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理系统的设计

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