ATmega128单片机MIMU数字化接口设计(2)

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4 软件设计 20

4.1 软件设计平台——AVRStudio+Winavr简介 20

4.2 单片机程序设计 21

4.3 小结 30

5 系统性能评估 31

5.1 评测方案设计 31

5.2 数据分析及评测结果 33

5.3 系统实测 36

5.4 小结 41

结论 42

致谢 43

参考文献 44

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

在科技日新月异的今天，惯性技术的应用随处可见。惯性技术是一门综合性技术，用于对运动体的姿态和位置参数的确定，是实现运动体自主式（即工作时不依赖于外界信息、不受气候和电子干扰的影响等）控制和测量的最佳手段。惯性技术广泛应用于航天、航空、航海、大地测量等领域，由于惯性导航的自主性，使得惯性技术在军事上具有特殊的应用价值[1]。

惯性导航即由惯性敏感元件来获取物体的线运动和角运动参数，再通过计算机解算出物体的加速度与角速度，并给出相应的补偿，从而能实时并且较为准确的反映出物体当前的姿态和方位等信息。惯性导航系统主要由三部分组成：惯性测量系统，计算机和控制显示器。惯性测量系统包括加速度计与陀螺仪，它们均属于惯性传感器。但是到目前为止，传统的惯性传感器只在军事和航天这类不用考虑研究经费的领域中有较多应用，在其他领域并未得到广泛运用，这主要是传统惯性传感的高成本导致的。随着现代微电子技术和微加工工艺的迅猛发展，微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）也应运而生。MEMS指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。它是通过半导体微细加工技术及微机械加工技术在硅等半导体基板上制作的一种微型电子机械装置。目前MEMS主要应用于制造尺寸从毫米到微米量级的具有能量转换和传输功能的器件和装置。

正是由于MEMS技术的兴起，使得低成本，高可靠性的微惯性侧量单元(Miniature Inertial Measurement Unit, MIMU) 的出现成为了可能，这也恰恰是当前惯性技术领域的一个研究热点。MIMU可应用于炮弹、空对地和地对地战术导弹、个人导航和人体运动监控以及微型飞行器等方面，具有重要的研究价值和应用价值。随着微机械惯性器械精度的提高，微惯性测量系统的研制开发与应用，将对产业结构的调整，国防实力的增强，有着十分重要的战略意义和现实意义。

本毕业设计的主要任务是针对由三个轴向的MEMS陀螺仪和三个轴向的MEMS加速度计为主组成的MIMU，设计一个数字化接口。当MIMU配以数字化接口之后，整个MIMU就成为一个数字化的MIMU，以方便用户使用。本毕业设计将涉及到MIMU设计、模拟数字转换、SPI接口通信、UART接口通信等方面的技术，下面根据阅读文献的情况对这些技术的发展现状进行介绍。

1.2 MIMU的国内外发展概况

1.3 A/D技术发展

1.3.1 模数转换基本概念

AD转换即将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。随着数字技术的发展，特别是信息技术的飞速发展与普及，在生产生活、国防军事等等各个领域都广泛采用计算机技术。由于系统处理的实际对象往往都是一些连续的模拟物理量（温度、压力等），要实现计算机对这些模拟量的处理都要先进行模拟和数字间的转换，而负责进行模拟数字转换的桥梁称为模数转换器（Analog to Digital Converter）。