隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們更加注重汽車駕駛的安全問題,，不斷將各種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到汽車上,，以提高汽車的安全性,，如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，ESP(電子穩(wěn)定性控制)系統(tǒng),。汽車行駛姿態(tài)參數(shù)采集作為汽車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ),，對(duì)其有重要影響。本設(shè)計(jì)通過ADIS16355傳感器及DSP TMS320F2812構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采集汽車在行駛過程中縱向加速度,、側(cè)向加速度以及Z軸角速度,，并通過串口傳送到上位機(jī)，以LabVIEW作為軟件平臺(tái)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析,。
    ADIS16355是ADI公司生產(chǎn)的一款數(shù)字輸出,、6自由度微慣性測(cè)量系統(tǒng)。其通過SPI(Serial Peripheral Interface)串行接口輸出X,、Y,、Z三軸方向的角速度及加速度,核心傳感器測(cè)量部件采用iMEMS?誖運(yùn)動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)，測(cè)量精度高,。DSP作為運(yùn)算,、控制處理器以其高速、高精度的性能廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)領(lǐng)域,。本系統(tǒng)采用的TMS320F2812芯片的CPU是32位的定點(diǎn)內(nèi)核,，包含SPI串行外設(shè)，很簡(jiǎn)便地建立了與ADIS16355的硬件電路,。另外上位機(jī)采用NI公司開發(fā)的LabVIEW虛擬儀器平臺(tái),，其采用強(qiáng)大的圖形化編程(G語言)語言，面向測(cè)試工程師而非專業(yè)程序員,，編程非常簡(jiǎn)便,，研發(fā)周期短，人機(jī)交互界面直觀友好[1],，具有各種常用的總線節(jié)點(diǎn)和豐富的軟件包及驅(qū)動(dòng)程序,，能簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)之間的串口通信；同時(shí)LabVIEW還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及分析功能,，能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，硬件電路的主要芯片包括TMS320F2812,、ADIS16355,、MAX2323。

1.1 TMS320F2812與ADIS16355硬件接口模塊
　TMS320F2812是TI公司研發(fā)的高性能,、多功能,、高性價(jià)比的DSP芯片。該芯片最高可在主頻150 MHz下工作，帶有18 K×16 bit 零等待周期片上ARAM和128 K×16 bit片上Flash（存取時(shí)間36 ns),，片內(nèi)集成了大量的外設(shè),，包括雙通道串行通信接口SCIA/SCIB、串行外設(shè)接口SPI,、看門狗定時(shí)器Watchdog,、通用輸入/輸出引腳GPIO等[2]。TMS320F2812作為本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制核心,，直接控制ADIS16355的工作狀態(tài)及數(shù)據(jù)采集,并將ADIS16355數(shù)據(jù)通過串口傳入PC機(jī)進(jìn)行處理,。
　TMS320F2812與傳感器通過SPI接口進(jìn)行通信，其電路如圖2所示,。SPI是一個(gè)可編程的高速同步串行輸入/輸出接口,，提供了一個(gè)高速同步串行總線，可用于CPU與外圍設(shè)備或其他控制器之間的通信,。該接口提供了四個(gè)外部引腳：串行時(shí)鐘引腳（SPISCLK）,、主設(shè)備輸入/從機(jī)輸出引腳（SPISOMI）、從輸入/主輸出引腳（SPISIMO）及從發(fā)送使能引腳（SPISTE）[2],，可根據(jù)需要使用其中的2～4條信號(hào)線。SPI以主從方式工作,， SPISCLK串行時(shí)鐘由主設(shè)備控制,，從設(shè)備不能控制該信號(hào)。在主設(shè)備的時(shí)鐘脈沖下,，數(shù)據(jù)從高位到低位依次傳輸,，速率可達(dá)到幾兆至幾十兆位每秒。

　本系統(tǒng)中TMS320F2812作為主設(shè)備,，提供SPI串行時(shí)鐘,，負(fù)責(zé)向ADIS16355寫入控制命令，ADIS16355作為從設(shè)備向TMS320F2812傳送采集到的數(shù)字信號(hào),。
   ADIS16355通過配置相關(guān)寄存器可以實(shí)現(xiàn)其可編程的特性,。ADIS16355共有32個(gè)16 bit寄存器，每個(gè)寄存器有高低兩地址,其中任何一個(gè)都可以用來訪問該寄存器,編寫地址范圍是0x00H～0x3FH[3],。外部CPU對(duì)ADIS16355的操作控制就是對(duì)其相關(guān)寄存器的讀寫,圖3為ADIS16355的讀寄存器操作SPI時(shí)序圖,。

   從圖3可以看出，ADIS16355的一次SPI傳輸包括16 bit數(shù)據(jù),，第1位為SPI傳輸?shù)淖x寫狀態(tài)標(biāo)示符,，0為讀，1為寫,，第2位沒有特殊意義,，緊接著的6 bit是目標(biāo)寄存器的地址，最后8 bit在寫操作時(shí)為將要寫入寄存器的命令，若是讀操作則為無效位,。完成一次完整的讀操作需要2次16 bit SPI通信,，本次DIN讀取的寄存器地址需要在下一個(gè)DOUT信號(hào)線上得到寄存器內(nèi)容，并輸入至TMS320F2812,。
1.2 串口通信模塊
　TMS320F2812內(nèi)部含有兩個(gè)SCI異步串口,該SCI模塊支持CPU與其他異步外設(shè)之間使用標(biāo)準(zhǔn)非歸零碼(NRZ)進(jìn)行數(shù)字通信,。其接收器和發(fā)送器均為雙緩沖模式，支持16級(jí)接收和發(fā)送FIFO,發(fā)送和接收具有自己獨(dú)立的使能和中斷,可以工作在半雙工或全雙工通信模式[4],。通過使用16 bit波特率選擇寄存器,可以設(shè)置多達(dá)65 000種通信速度,。
　本模塊采用RS232串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在電氣特性上,，采用負(fù)邏輯RS232電平,而TMS320F2812的信號(hào)輸入輸出為TTL電平,，因此本設(shè)計(jì)通過符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片MAX3232來實(shí)現(xiàn)TTL與RS232之間的電平轉(zhuǎn)換。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1  DSP軟件設(shè)計(jì)
　TMS320F2812以CCS（Code Composer Studio）作為集成開發(fā)環(huán)境,，既可以用匯編進(jìn)行開發(fā),，也支持C語言，本系統(tǒng)采用的是C語言,。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序和若干子程序構(gòu)成,。子程序包括SPI接口子程序、中斷定時(shí)子程序,、串口子程序等,，數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖4所示。

　在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，TMS320F2812的時(shí)鐘頻率為100 MHz,由于ADIS16355的SPI時(shí)鐘頻率范圍為10 kHz~2 MHz, 因此設(shè)定TMS320F2812的SPI波特率為1 MB/s,；用定時(shí)器T0啟動(dòng)ADIS16355進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,中斷周期設(shè)置為100 ms；串口通信設(shè)置的波特率為115 200B/s,，有效位8 bit,，停止位1 bit，無奇偶校驗(yàn),。下面是SPI初始化,、串口初始化和定時(shí)程序。
   void InitSpi(void){
   SpiaRegs.SPICCR.all = 0x4F;  
            //進(jìn)入初始狀態(tài),，數(shù)據(jù)在上升沿輸出,，自測(cè)禁止
   SpiaRegs.SPICTL.all = 0x0E; //主動(dòng)模式，禁止SPI中斷    
   Spia.Regs.SPIBRR=0x18;                   //波特率1 MHz
   Spia.Regs.SPICCR.all=SpiaRegs.SPICCR.all|0x0080;
   SpiaRegs.SPIPRI.bit.FREE = 1 ;} 
   void InitSci(){
   SciaRegs.SCICCR.all =0x0007;
   //通信控制寄存器,，1個(gè)停止位,，無奇偶校驗(yàn),自測(cè)試禁
                                       止，空閑線模式,，字符長(zhǎng)度8 bit
   SciaRegs.SCICTL1.all =0x0003; 
   SciaRegs.SCICTL2.all =0x0003;
   SciaRegs.SCICTL2.bit.TXINTENA =1; 
   SciaRegs.SCICTL2.bit.RXBKINTENA =1;
            //禁止接收錯(cuò)誤中斷,，禁止休眠,，使能發(fā)送接收
   SciaRegs.SCIHBAUD = 0x0000;
   SciaRegs.SCILBAUD = 0x001a;     //波特率設(shè)置115 200
   SciaRegs.SCICTL1.all =0x0023;}
   EALLOW;    
   PieVectTable.TINT0 = &ISRTimer0;
   EDIS; 
   ConfigCpuTimer(&CpuTimer0,100,100000);
                                      //設(shè)置中斷定時(shí)100 ms
   StartCpuTimer0();
   IER |= M_INT1;                    
   PieCtrl.PIEIER1.bit.INTx7=1;                         //開中斷
    Interrupt void ISRTimer0 (void) {
   CpuTimer0.InterruptCount++;
   read_ADI_register(0x0004);                //讀取X軸加速度
   PieCtrl.PIEACK.all=PIEACK_GROUP1; }
2.2 基于虛擬儀器LabVIEW的設(shè)計(jì)
2.2.1 VISA概述
　LabVIEW是使用圖形化編程語言，功能強(qiáng)大而又靈活的儀器應(yīng)用和分析軟件系統(tǒng),，主要用于儀器控制,、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域,，適應(yīng)多種操作系統(tǒng),。LabVIEW中提供各種總線的驅(qū)動(dòng)程序，可以用來編寫各種總線形式的儀器驅(qū)動(dòng)程序,。VISA庫即I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱,，是LabVIEW的儀器驅(qū)動(dòng)庫之一。VISA是在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)上控制VXI,、GPIB,、RS232、PXI,、PCI以及其他種類儀器的單接口程序庫,，是對(duì)其他總線驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行的一個(gè)統(tǒng)一封裝的高層API[5]，本身不具備編程能力,，可以根據(jù)使用的儀器類型,，調(diào)用適當(dāng)?shù)牡讓域?qū)動(dòng)程序來控制儀器。串行通信使用的VISA庫中的API函數(shù)如圖5所示,路徑為：Functions>>Instrument I/O>>VISA Advanced>>Interface Specific>>Serial,。

   (1)VISA配置串口
　該節(jié)點(diǎn)主要用于串口初始化,，主要端口說明如下：  
　VISA resource name：VISA資源名稱,本文是指串口號(hào)。
　baud rate：波特率,；默認(rèn)值是9 600 b/s。
　data bits：一幀信息中的位數(shù),在LabVIEW中允許5~8 bit數(shù)據(jù),，默認(rèn)值為8 bit,。
　stop bits：一幀信息中的停止位的位數(shù)，可為1位,，1位半,，或2位。
　parity：奇偶校驗(yàn)設(shè)置,?？蔀闊o校驗(yàn)、奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn),。
   (2)VISA讀取
   該節(jié)點(diǎn)為串口通信子VI,是本系統(tǒng)使用的主要節(jié)點(diǎn),，從串口中讀出指定數(shù)量的字節(jié)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū),，然后利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,。主要端口說明如下：
　VISA resource name：VISA資源名稱,。
　byte count：指定讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。
   (3)VISA關(guān)閉
   該節(jié)點(diǎn)用于將打開的VISA資源關(guān)閉,。
2.2.2  串口調(diào)試軟件
　串口調(diào)試設(shè)計(jì)主要包括串口初始化,、讀寫數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)顯示并保存等部分,，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖6示,。

　通過VISA庫可以方便地對(duì)串口進(jìn)行與下位機(jī)相同的配置，同時(shí)結(jié)合其他庫中的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)串口發(fā)送,、接收,、顯示以及存儲(chǔ)部分的編寫。
    在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊中,，由于LabVIEW的串行通信中數(shù)據(jù)都是以字符串（Normal）的形式組成的,，所以如果串口發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制數(shù)值，需在發(fā)送或接收之前進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,。LabVIEW提供了十六進(jìn)制數(shù)值與ASCII字符串之間的轉(zhuǎn)換模塊,。在DSP中一次連續(xù)發(fā)送兩個(gè)8 bit十六進(jìn)制數(shù)，構(gòu)成一個(gè)16 bit傳感器采集數(shù)據(jù),，因此需要通過字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組,，再連接起來。VISA讀取節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)在處理過程中,，需要一些數(shù)據(jù)格式類型的轉(zhuǎn)換,，如：字符數(shù)組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制函數(shù)。數(shù)值經(jīng)過處理后,，再以熟悉的十進(jìn)制形式進(jìn)行波形顯示和Excel格式保存,。LabVIEW程序設(shè)計(jì)前面板如圖7所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)汽車行駛時(shí)的縱向加速度,、側(cè)向加速度以及Z軸角速度各采集了5組數(shù)據(jù),每組1 000個(gè)點(diǎn),。上位機(jī)通過LabVIEW接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行一定的處理，然后顯示,，保存在Excel文檔中,。圖7所示的波形為其中一組縱向加速度的波形，加速度參數(shù)的單位為g,，角速度參數(shù)的單位為(°)/s,。根據(jù)加速度公式：a=(vt-v0)/t；vt-v0=2 as,；可以計(jì)算出汽車行駛時(shí)的縱向加速度,，與本設(shè)計(jì)采集的數(shù)據(jù)在傳感器誤差范圍內(nèi)一致。通過對(duì)縱向加速度的分析可知,此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,。
    該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過以AIDS16355傳感器和TMS320F2812作為數(shù)據(jù)采集模塊,，并在PC機(jī)上采用LabVIEW虛擬儀器平臺(tái),，方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)串口的讀寫、對(duì)數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ),。實(shí)驗(yàn)證明,，基于DSP與LabVIEW的汽車行駛姿態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單,，采集速度快,，數(shù)據(jù)精度高，為實(shí)現(xiàn)汽車安全系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究提供了可靠的數(shù)據(jù),。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊忠仁,，饒程，鄒建,等.基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2004,，27（2）：32-35.
[2] 三恒星科技.TMS320F2812DSP原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2009.
[3] 崔璐璐.基于MEMS器件的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) [D].大連：大連理工大學(xué)，2009.
[4] 韓豐田.TMS320F2812xDSP原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,，2009.
[5] 戴鵬飛,，王勝開，王格芳,等.測(cè)試工程與LabVIEW應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社,，2006.