MEMS（MICro EleCTRon Mechanical System）陀螺仪是一种能够准确丈量物体方位的仪器，不只成本低，体积小，重量轻，而且能够与微电子加工的电路完结集成，做到机电一体化。MEMS陀螺适用于汽车工业、惯性导航、计算机、机器人、军事等急需很多小型、廉价陀螺的运用领域，是国防、工业发展中必不可少的仪器。
可是，MEMS陀螺仪在实践运用中达不到需求的精度，为了进步陀螺仪体系作业功用和丈量精度，对陀螺仪进行数据收集并减小差错是至关重要的。
ADIS16355惯性丈量设备将三轴角速度感知与三轴加快度感知相结合，供给六自由度运动感知、嵌入式校准与传感器处理以及传感器-传感器穿插补偿，并大大进步信号安稳性（运用偏移安稳性为0.015 deg/sec），体积小于1立方英寸。ADIS16355是在整个温度规模内校准，具有杰出的偏压温度安稳性（0.005 deg/sec/°）。ADISl6355供给一个串行外部接口SPI（Serial Peripheral Interface），经过SPI能够对芯片进行装备，取得运转状况与丈量成果等，其对外部供电要求不高，内部自带高精度的稳压电路，外围电路较少［1］。
AT89S52单片机［2］是一种低功耗、高功用CMOS 8位微操控器，具有8 KB在体系可编程Flash存储器，运用美国ATMEL公司高密度非易失性存储器技能制作，与工业80C51产品指令和引脚彻底兼容。在单芯片上，具有灵敏的8位CPU和在体系可编程Flash，一起，AT89S52带有ISP下载功用，它使用在线编程器代替贵重的单片机仿真器编程器，既便利运用，又节约开发费用。
本文结合单片机对ADIS16355惯性传感器进行操控，将收集的数据实时存储并经过LCD1602进行显现，最终对体系进行测验，并剖析了体系存在的差错。
1 ADIS16355芯片数据收集硬件规划
依据数据收集体系的需求，体系以AT89S52作为主控单元，外扩一片6264静态存储器作为数据存储器，并规划AT89S52与ADIS16355通讯的SPI接口模块、LCD显现模块、键控模块和在线编程模块，体系硬件衔接框图如图1所示。
1.1 主控模块
操控单片机AT89S52具有8 KB Flash，256 B RAM，32 bit的I/O口线，看门狗定时器，两个数据指针，3个16 bit定时器/计数器，一个六向量两级中止结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路等功用［3］。它与ADIS16355陀螺仪之间经过SPI接口相连。由于AT89S52单片机没有专门的SPI接口，只能经过软件模仿P2.0口为时钟信号线与陀螺仪的SPI接口SCLK引脚相连，P2.1口为主输出从输入MOSI与陀螺仪SPI接口的数据输人SDI引脚相连，P2.2口为主输入从输出MISO与陀螺仪SPI接口的数据输出SDO引脚相连，P2.3口为片选信号。P3.2、P3.3为中止引脚，别离与ADIS16355的DIO1和DIO2相连，为数据转化中止。
1.2 LCD显现模块
体系显现部分选用液晶LCD1602芯片，其特点是：功耗低、体积小、质量轻、显现质量高、数字式，选用规范的16脚接口和单片机衔接简略，操作便利，能够一起显现16&TImes;2即32个字符，1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）存储了160个不同的点阵字符图形，便利显现操控器收集出的数据。
1.3 在线编程模块
体系规划了在线编程模块，使用STC-ISP编程烧录软件实时在线下载程序，大大便利了开发者，进步了体系研制功率。
1.4 SPI接口模块通讯与装备
SPI是MOTOROLA公司提出的同步串行总线办法，是一种全双工、同步、串行数据接口规范总线，与其他串行总线比较，它具有电路结构简略、速度快、通讯牢靠等长处［4］。规范的SPI总线由4根信号线组成：时钟信号（SCLK）、主输入从输出线（SDI）、主输出从输入线（SDO）和片选信号（CS）。
体系中ADIS16355经过SPI接口与外部进行通讯，需求外部设备MCU经过该接口对其内部各寄存器进行设置，图2所示是一个典型的写入操控寄存器指令的数据帧。由芯片材料［5］可知，DIN系列的首位是1，第二位是0，后边是方针寄存器的6 bit地址和8 bit数据指令，由于每一个写指令包含一个数据位，所以给整个16 bit寄存器空间写值时要求有两个数据帧。图3为ADIS16355读操作SPI时序图，由芯片材料［5］可知ADIS16355完结一次SPI通讯包含16 bit数据，其间第1位是SPI传输的读写状况标识，第2位为0，紧跟着的6 bit是方针寄存器地址，最终8 bit是在写操作时即将写进寄存器的数据，假如是读操作则疏忽，完结ADIS16355的一个读操作需求进行两次16 bit的SPI通讯，其间第一次是写入即将读取的寄存器地址，该寄存器的内容将在第2次SPI通讯呈现在ADIS16355的DOUT信号线上，输入SPI的主设备。
本规划中操控器与ADIS16355进行SPI通讯的每个数据帧为16 bit，而AT89S52的数据宽度为8 bit，一切内部寄存器和数据空间存储器都是8 bit宽度组成，作为主设备在其宣布有用的SPI片选信号使能ADISl6355后，要对其本身的SPI数据寄存器进行两次写操作，才能在总线上完结一次16 bit数据传输。
2 软件规划
ADISl6255陀螺仪一切的数据和指令的读取和写入都是经过读写寄存器来完结的。经过AT89S52单片机编写程序读取ADISl6355内部相应的寄存器地址，相应读取回来的12 bit或许14 bit长度的数据经过换算再乘以对应的份额因子就得到了相应的x、y、z轴陀螺仪和加快度计以及内部温度信息。
在发动陀螺仪前，首要要对陀螺仪的各个寄存器进行正确的设置。由参考文献［5］、［6］知，设置GYRO_OFF和GYRO_SCALE寄存器对陀螺仪三轴输出的灵敏度和差错进行用户自校准；设置SMPL_PRD寄存器，选取适宜的采样频率；设置SENS/AVG寄存器，界说陀螺动态量程以及对应的数字滤波器；设置MSC_CTRL寄存器，界说自检位以及数据更新中止位；设置COMMAND寄存器，界说数据校对形式；设置ALM_CTRL寄存器，为数据报警。
陀螺仪本身带有一个校准操控指令，在读取数据之前需求用户的自界说校准，详细操作办法［6］是将MSC_
CTRL寄存器的第10方位1，20 ms后，读取状况寄存器的值，假如为0x0000，标明自检经过，不然标明陀螺仪存在如供电超限、SPI通讯过错等问题，呼应的过错位将在状况寄存器中标出。
MEMS陀螺仪数据收集软件规划首要是对AT89S52的程序规划。体系上电复位后，首要完结单片机初始化，对陀螺仪各个自由度寄存器参数设置，初始化LCD1602，初始化SPI接口，陀螺仪自校准进程，定时器和相应中止翻开，数据存储及更新，最终经过按键别离显现X、Y、Z轴陀螺仪和加快度计以及内部温度信息。体系软件程序选用Keil μVision4软件编写，Keil μVision4是根据80C51内核开发的，能够用C语言和汇编语言进行编程，C编译东西在发生代码的准确性和功率方面达到了较高的水平，而且能够附加灵敏的操控选项，在开发大型项目时十分有用［7］。其软件程序流程图如图4所示。
3 测验成果
完结硬件渠道搭建和软件程序规划后，室温下对体系进行静态丈量，经过改动温度，剖析视点的漂移；在小型旋转平面进步行动态测验，剖析线性加快度的改变，针对过大的漂移率现象，进行自校准，再丈量。
静态测验，在室温下，由液晶屏显现输出温度为
+21.36 ℃，输出视点有不超越0.02°/s的漂移率。当把陀螺仪温度进步到50 ℃时，显现温度为+50.07 ℃，陀螺视点呈现单向漂移现象，输出视点大约为0.72°/min漂移率。经过软件自校准后，视点漂移较安稳改变，单漂移现象消除。
动态测验，对三轴加快度计的测验选用重力场1 gn实验办法［8］，装置办法如图5所示，将加快度计经过卡具装置在方位转台上，使加快度计的输入轴在铅垂平面内相对重力加快度滚动。
使方位转台在360°规模内旋转，由图5可知，灵敏轴上的加快度重量为［9］：
a=gn·sinθ （1）
式中a为灵敏轴上的加快度；θ为加快度计灵敏轴与水平方向间的夹角。由式（1）可知，当方位转台滚动时，加快度计灵敏轴上的重力加快度重量呈正弦联系改变，加快度计的输出也呈正弦联系改变。在知道灵敏轴与水平方向的夹角后，就能够计算出加快度计所感应到的加快度巨细［8］。
测验采纳十二方位测验办法，即每距离30°丈量一次，首要需求确认机械零点，即实验前要保证初始状况的灵敏轴与水平方向间夹角为0°，确认机械零位一般选用四点法［9］，丈量当地重力加快度gn（如长春重力加快度为9.801 m/s2），由公式（1）能够计算出十二方位点的重力加快度重量值，选取部分测验点与本体系显现的加快度值比照，剖析绝对差错如表1所示。
由表1知，在常温下丈量的ADIS16355加快度计 体系显现的值与理论值绝对差错在转台限制的差错规模之内，而且满意ADIS16355线性加快度精度差错为2.522 mg/LSB（约为0.024 7 m/s2）的要求，加上温度补偿能够进一步进步丈量精度。
本数据收集体系首要存在以下差错：一方面是由陀螺仪本身出厂工艺缺点、结构、作业形式等构成的各种漂移；另一方面是由重力场、磁场、检测电路搅扰、体系装置不平衡引起的陀螺输出差错。关于以上差错中确认性差错能够选用标定测验、自检校准和温度补偿来减小，关于不确认性差错选用计算办法计算改变规则和有用体系辨识办法来处理。
ADIS16355 iSensor是一款完好的三轴陀螺仪与三轴加快计惯性检测体系。本文以AT89S52单片机为中心操控器材，只需求很少的外围电路，选用KeilC51软件编写程序，实时存储收集的数据并经LCD显现，经过静态温度和视点测验及重力加快度实验测验标明，该体系具有较高的精度和实时性。最终对体系存在的差错进行剖析。
