摘   要

本课题的主要工作是捷联惯导系统的数据采集器的设计及相关采集软件的开发。采集器是以压电陀螺和石英加速度计为基础的捷联惯导系统的组件之一。它是一种高精度的六通道的可编程脉冲计数卡，是惯性仪器和导航计算机的通讯借口。它一方面可以实现计算机对六路实时脉冲序列进行定时计数测量的功能，另一方面作为导航计算机和外界联系的一个界面，它还必须具有一定的抗干扰能力。经过实验和实际应用，证明该采集系统的原理和设计是切实可行的，并且完全满足捷联式惯导系统的要求。
论文首先分析了数据采集器在惯性导航系统中所处的环节，然后根据其实现的功能和参数指标，给出本设计的各个环节的原理及运用：第二章给出了V/F转换器的原理及运用，第三章给出了芯片8254的作用及功能，第四章给出了单片机8051的定时及中断功能及在设计中的运用。在程序设计方面，本着编程模块化的原则，采用汇编语言进行编程。论文还阐述了设计中所涉及的其它一些必要知识，以及调试过程中所遇到的实际问题及相应的解决办法等。

关键词：V/F转换器；单片机8254；芯片8051

ABSTRACT
    The main work of this thesis is design of data-collecting board of the Strapdown INS as well as its relevant software Data-collecting board is one groupware of the Strapdown intertial Measuring, which is based on piezoelectric gyroscope and quartz accelerator. It is a high precision six-channel programmable pulse count interface board an it is the communication interface between inertial instruments and navigation computer. On one hand,it may count and measure six-channel’s real-time pulse sequence in the time set previously. On the other hand,as a connection with the outside,it also has to be interference-free.The experiments and actual situation have proved that the theory and design of this system are feasible and also meet the demands of Strapdown.
Thesis analyse data collector link that live in among inertia navigation system at first, whether according to function and parameter index of realization its , provide each principle and application of link that design originally. Chapter two provide the principle and application of V/F converter, chapter three provides the function and function of the chip 8254, chapter four provide the timing of one-chip computer 8051 and cut off the function and application in the design. In designing program , in line with the programming module principle , adopt the assembler language to carry on programming. The thesisThe thesis also describes other necessary knowledge, practical problems as well as its relevant solution in the design process.
Key words: V/F converter; computer 8051; the chip 8254
 
 目  录

第1章 绪论 1
1.1 采集器的设计背景 1
1.2 捷联惯导系统 1
第2章 压频转换器在采集器中的应用 4
2.1 压频转换器的优点 4
2.2 芯片简介 4
2.3 频率-数字信号变换 6
2.4 本章小结 7
第3章 定时/计数模块的设计 8
3.1 可编程定时/计数器8253/8254芯片 8
3.1.1 外部特性与内部逻辑 8
3.1.2 读写操作 11
3.1.3 工作方式及特点 14
3.2 本章小结 18
第4章 单片机8051的运用 18
4.1 8051的外部特性 19
4.2 8051内部特性 21
4.3 MCS-51 系列单片机的中断源和中断请求 22
4.3.1 MCS-51系列单片机的中断源 22
4.3.2 中断请求状态寄存器 23
4.3.3 中断允许控制寄存器 26
4.3.4 中断响应优先级控制寄存器 27
4.4 计数/定时器 29
4.4.1 计数/定时器的内部结构 29
4.4.2 定时/计数器的初值计算及定时/计数过程 30
4.4.3 定时/计数器控制 34
4.4.4 定时/计数器的工作方式 37
4.5 本章小结 43
第5章 原理图的绘制及程序的设计 44
5.1 原理图的绘制 44
5.1.1 protel的介绍 44
5.1.2 原理图的绘制 45
5.2 应用程序的编制 46
5.3 本章小结 53
第6章 系统的调试 54
6.1 数据采集系统部分调试 54
6.2 本章小结 55
结论 56
参考文献 57
致谢 58
 
第1章  绪 论
1.1 采集器的设计背景
     当惯性导航系统运用于载体上，载体在空中的被测出的数据：位置、速度、姿态，这些数据送入采集器，经过微机处理后所得到的信号再对载体进行控制，以达到载体的预定位置。该采集器主要任务就是通过和载体的测量元件进行数据交流，获得载体的航行参数，经过处理通过执行元件来控制整个载体，使其达到预期目标。
1.2 捷联惯导系统
    捷联惯导系统方案的根本特点是将陀螺仪组件和加速度计组件直接固连于运载体上，不再采用电气机械式平台。但是平台这个概念在捷联式惯导系统中依然存在，而且是实现捷联惯导系统的关键问题，只是用数学描述于计算机中完成平台的作用。相当于在计算机中建立起一个具有相当于电气机械平台功能的数学平台。
陀螺仪和加速度计直接固连于载体上，虽然省去了复杂的框架系统，电气稳定系统及接触滑环，但是要把数学平台方程写入计算机，那就增加了计算机的负担，而且惯性元件固连在运载体上，这就要求惯性元件测量范围大，能抗恶劣的工作环境。
在捷联式惯导系统中，平台的概念和作用体现在计算机中，它是写在计算机中的方向余弦矩阵。惯性元件直接固连在运载体上，它测量相对惯性空间的速率和加速度是沿运载体坐标轴向的分量，经过坐标转换，可以换算成我们所需要的计算坐标系内的分量，捷联式惯导系统原理图如图1.1 。该系统所用的主要惯性元件包括加速度计和陀螺仪，他们充当测量元件，为采集器提供初始参数，其特点入下：