摘  要： 由ARM Cortex-M3單片機通過USB-HID接口和計算機（筆記本電腦）構(gòu)成的上下位機模式的陀螺儀測試系統(tǒng),，實現(xiàn)了單軸系陀螺儀組的各種靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)測試,。由上位計算機通過USB-HID端口發(fā)出各種控制狀態(tài)，操縱下位機使得陀螺儀組模擬出實際的工作狀態(tài),，完成了單軸系陀螺儀組的動態(tài)響應(yīng)測試,。
關(guān)鍵詞： 陀螺儀；ARM Cortex-M3,；USB-HID,；信號調(diào)理電路；測試軟件

　單軸系陀螺儀組是由若干個陀螺儀組成的一個軸系方向（X）角運動位置檢測裝置,。檢測單軸系陀螺儀組的傳統(tǒng)方法是通過一定數(shù)量的控制開關(guān),、指示燈，電壓表,、電流表來測試其靜態(tài)的工作狀態(tài)與性能,。單軸系陀螺儀組的動態(tài)特性是非常重要的技術(shù)指標(biāo)[1]，反映了陀螺儀組的性能和實際工作的特性,。通過由上下位機構(gòu)成的陀螺儀測試系統(tǒng)可以完成單軸系陀螺儀組的靜態(tài),、動態(tài)特性的多項測試，對陀螺儀組做出正確的功能分析和質(zhì)量評價[2],。
1 測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
　單軸系陀螺儀測試系統(tǒng)由ARM Cortex-M3單片機作為中心主體,，通過16路DI、DO數(shù)字輸入,、數(shù)字輸出模塊和16位A/D轉(zhuǎn)換模塊,、信號調(diào)理電路、電源等構(gòu)成,。測試系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示,。

　陀螺儀組通過信號調(diào)理電路接入測試系統(tǒng),，信號調(diào)理電路由DO控制轉(zhuǎn)換電路和陀螺儀組的輸出轉(zhuǎn)換電路組成，完成ARM Cortex-M3單片機發(fā)出的DO控制信號轉(zhuǎn)換為符合陀螺儀組的要求的控制信號,，并將陀螺儀組的輸出轉(zhuǎn)換為符合A/D模塊采集要求的信號,。
　16位的并行高速A/D轉(zhuǎn)換芯片及16通道的多路模擬開關(guān)構(gòu)成A/D采集模塊，保證了數(shù)據(jù)采集精度和分辨率,，并保證了信號的速率,，降低了相位誤差。
　上位機通過標(biāo)準(zhǔn)的USB端口,，以HID通信模式和下位機交換數(shù)據(jù)和發(fā)出功能指令,。下位機的測試數(shù)據(jù)通過USB端口送到上位機，由上位機的測試程序進行處理和顯示,。

2 測試系統(tǒng)軟件
　上位機測試系統(tǒng)軟件完成7類12項檢測功能,，采用模塊化設(shè)計，按照測試功能分類,。對陀螺儀組的檢測數(shù)據(jù)進行分析,，判定其該項指標(biāo)是否超限（并顯示指標(biāo)上、下限）,。各種操作均有彈出向?qū)дf明操作步驟和陀螺儀連接方法,。由系統(tǒng)時鐘作為基礎(chǔ)時間切片，時鐘中斷作為USB端口的掃描控制,。USB接口程序使用HID模式實現(xiàn)熱插拔功能,，以命令組的包模式對下位機通信。
　下位機采用C語言編程,，控制DO,、DI,、AD模塊,，AD采集模塊采用實時的修改后中值濾波算法，降低了噪聲影響,，保證信號的可靠性,。修改后中值濾波算法數(shù)學(xué)公式為：


3 測試系統(tǒng)工作原理
　陀螺儀組特性測試系統(tǒng)上位機測試軟件按照測試項目和流程，通過USB端口對下位機發(fā)出相應(yīng)的命令組控制包,，ARM Cortex-M3單片機收到命令組控制包后,，按照測試要求輸出控制狀態(tài)，經(jīng)調(diào)理電路中的DO控制轉(zhuǎn)換電路變換為符合陀螺儀組的控制信號,，送到陀螺儀組,。控制陀螺儀組進入工作狀態(tài),，陀螺儀組的輸出信號經(jīng)信號變換驅(qū)動后,，送入A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入端,。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進行中值濾波,，將數(shù)據(jù)組合為數(shù)據(jù)包通過USB端口送至上位機,，由測量程序按照設(shè)定的流程進行處理和圖形顯示。
4 測試應(yīng)用效果
　測試系統(tǒng)除了數(shù)字顯示以外,，圖形顯示功能也很強大[3],，可對陀螺儀組動態(tài)性能進行直觀地描述，直接可以顯示出陀螺儀組性能優(yōu)劣,。
　圖3是采集的陀螺儀組的動態(tài)工作電流波形,，從波形圖上可以清楚反映陀螺儀組中各陀螺儀及其附件的組合、分離與各種工作狀態(tài)加載特性以及控制響應(yīng)時間特性,。

　由上下位機構(gòu)成的單軸系陀螺儀組測試系統(tǒng),，ARM Cortex-M3單片機作為下位機，其性能優(yōu)良,，運算速度快,，內(nèi)部存儲器大，USB接口,，外加16位的并行接口的A/D轉(zhuǎn)換模塊,，DO、DI模塊和調(diào)理電路,，使得下位機結(jié)構(gòu)緊湊,，可靠性高，使用USB端口的HID模式通信,，速度快,，接口電纜標(biāo)準(zhǔn)，對上位機的要求大大降低,，不僅可以使用一般計算機完成測試,，也可以使用筆記本電腦作為上位機。由于采用USB-HID模式,，上位機不用安裝驅(qū)動,，系統(tǒng)可自動識別通信端口，極大簡化了測試系統(tǒng)連接方式,，降低了結(jié)構(gòu)成本且維護簡單,。
參考文獻(xiàn)
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