一种基于DSP和CPLD开发的IMU数据采集电路及采集方法

摘要

本发明公开了一种基于DSP和CPLD开发的IMU数据采集电路及采集方法，适用于采集以RS422输出的陀螺仪和差分脉冲输出的加速度计构建的IMU，包括DSP电路、CPLD电路、扩展串口电路、AD采样电路、隔离串口电路和二次电源电路。扩展串口电路采集陀螺的角速度和加速度，CPLD电路采集加计的加速度，AD采样电路采集加计的温度和二次电源检测电压，以上数据均由总线连至DSP，通过隔离串口电路接收采样脉冲和发送IMU数据。本发明电路结构紧凑，可将IMU数据通过DSP实时采集和发送，不仅避免了数据冲突、丢失和误码，还增加了电压检测和对输入输出的电气隔离，实现了高速、可靠的数据采集。

主权项

一种基于DSP和CPLD开发的IMU数据采集电路，适用于采集以RS422输出的陀螺仪和差分脉冲输出的加速度计构建的IMU，包括DSP电路(1)、CPLD电路(2)、串口扩展电路(3)、AD采样电路(4)、隔离串口电路(5)和二次电源电路(6)组成，其特征在于：所述DSP电路(1)通过第一并行总线与CPLD电路(2)互连，读取3路加速度计的差分脉冲数据；通过第二并行总线与扩展串口电路(3)互连，读取3路陀螺的RS422数据；通过SPI总线与AD采样电路(4)互连，读取3路加速度计的温度数据与4路二次电源检测电压；通过DSP内部的串口模块与隔离串口电路(5)互连，接收外界的采样脉冲和发送IMU采样结果；所述CPLD电路(2)将DSP电路(1)发送的采样同步脉冲变成差分格式发送给3路陀螺，同时锁存当前的3路加速度计输出的差分脉冲数据，通过第一并行总线由DSP电路(1)读取，同时将扩展串口电路(3)接收到的3路陀螺中断信号整合为1路，发送至DSP电路(1)；所述扩展串口电路(3)接收3路陀螺输出的RS422数据，其每个通道均具备16字节的FIFO，在接收完一帧陀螺数据后给出对应通道的中断信号，可以大大减少中断次数；DSP电路(1)收到CPLD电路(2)整合的中断信号后，通过第二并行总线依次读取3路陀螺的数据；所述AD采样电路(4)采集3路加计的温度输出，同时通过分压电路采集二次电源的4路检测电压，DSP电路(1)通过SPI总线，以轮询的方式依次读取7路AD采样电路(4)的结果；考虑到AD采样转换时间较长，而加计的温度数据与二次电源的检测电压不需要与其他数据实时对应，滞后一个采样周期也不会造成影响，因此使用发送完IMU数据后再读取AD采样结果的方式，可以有效提高IMU数据采集的速度；所述隔离串口电路(5)采用集成芯片，通过磁耦的方式实现输入侧与输出侧的电气隔离，降低数据采集电路结构与外界电路的相互干扰，而且该隔离串口电路采用单侧供电模式，不需要外界进行供电。隔离串口电路接收外界的差分采样脉冲，变为单端信号后发送至DSP电路(1)，这样可以提高采样脉冲的抗干扰能力；所述二次电源电路(6)使用集成DC‑DC模块，将外界供电转换为IMU和数据采集电路需要的电压。