光柵測量數據采集系統在ＡＲＭ中的應用

摘要：光柵測量定向管內徑系統作為多管火箭炮靜態參數測量系統的一個子集，其高精度、高穩定性是保證測試指標的重要前提。本文通過引入光柵尺和ARM7TDMI，闡述了一種在32位系統中集成測量要求高的數據采集和數據處理的實現方法。

關鍵詞：光柵細分；ARM；S3C4510B；數據采集

1 引言

光柵測量是以光柵莫爾條紋為基礎，由兩塊疊放在一起的光柵的相對移動，就會產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，產生光強度周期性的變化，光信號經光電池轉換成為周期性的電信號，對電信號進行一系列處理，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字化、高分辨率、大量程、測量效率高、可靠性好等優點。它與數字處理設備配套，組成線位移測量系統，被廣泛地應用于機械、儀表、工具、兵器、宇航等產業中。

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

基于此，作為多管火箭炮靜態參數測量系統的一個子集，我們將光柵尺應用到定向管內徑測量系統中，并將系統中比較繁瑣且運算復雜的數據采集及數據處理部分，與當下成熟的ARM7TDMI技術芯片相結合，研制出高精度、高穩定性且便于在復雜環境下測量的光柵測量定向管內徑測量系統如圖1所示。

將光柵傳感器置于十字結構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；經由放大、整形、細分、判向等處理后，變為正或反向雙路信號，如圖3所示。

對細分判向后的輸出脈沖計數，也就實現了對管內徑的測量。

為了保證１ 的測量精度，我們采用中科院長春光機所生產的GCQ光柵測微傳感器，規格為50線／mm，20細分后剛好滿足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 數據采集的ARM實現

ARM公司是專門從事基于RISC 技術芯片設計開發的公司，作為知識產權供應商，本身不直接從事芯片生產，靠轉

讓設計許可由合作公司生產各具特色的芯片，世界各大半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，ARM微處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，基于ARM 技術的微處理器應用約占據了32位RISC 微處理器75％以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。

Samsung 公司的S3C4510B 是基于以太網應用系統的高性價比16/32 位RISC 微控制器，內含一個由ARM 公司設計的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用場合。S3C4510B 系統的最大可尋址空間為64MB，采用統一編址方式，將系統的SDRAM、SRAM、ROM、Flash、外部I/O 以及片內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據采集模塊只是功能強大的ARM7TDMI的一個子模塊，用以實現對內徑參數的靜態測量；具體內部模塊分布如圖4所示。

4 軟件設計

根據硬件設計，我們將S3C4510B的映射空間分配如表1所示。

對軟件開發環境的選擇，我們采用ARM公司推出的新一代集成開發工具ARM ADS（ARM Developer Suite），采用最新版本的ADS1.2的IDE環境。根據表1，我們可以生成系統初始化文件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位數據寬度

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

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

光柵測量定向管內徑子系統的軟件測量流程如圖5所示。

結論

在32位系統中集成了光柵測量定向管內徑子系統的所有功能，實現了對四路光柵細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據處理及其相關的統計功能。并且強大的S3C4510B芯片還裕出很多空間用來處理其他相關的數據采集、數據處理及實時控制子系統模塊。

智能化處理器核ARM7的使用，使測量系統更加便攜、小型化、高集成度以及良好的擴展性；它的應用領域將會越來越廣。

參考文獻

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