基于adxl345的數(shù)字加速度傳感器的應(yīng)用

基于adxl345的數(shù)字加速度傳感器的應(yīng)用

1動(dòng)態(tài)加速度測(cè)量系統(tǒng)adxl345是ad（analgoldevices，inc.）于2009年發(fā)布的高速三軸加速度傳感器，也是第一個(gè)輸出數(shù)字化信號(hào)的加速度傳感器。ADXL345最大量程可以達(dá)到±16g,可以進(jìn)行高分辨率(13位)測(cè)量。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式,可通過SPI(3線或4線)或者I2C數(shù)字接口訪問。ADXL345可以在傾斜感測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度,還可以從運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)中生成動(dòng)態(tài)加速度。它的高分辨率(4mg/LSB)能夠分辨僅為0.25°的傾角變化。動(dòng)態(tài)和靜態(tài)感測(cè)功能可以檢測(cè)有無運(yùn)動(dòng)發(fā)生,以及在任何軸上的加速度是否超過用戶設(shè)置的水平。點(diǎn)擊感測(cè)功能可以檢測(cè)單擊和雙擊動(dòng)作。自由落體感測(cè)功能可以檢測(cè)該設(shè)備是否正在掉落。這些功能可以映射到中斷信號(hào)輸出的引腳上。一個(gè)集成的32級(jí)FIFO可儲(chǔ)存多達(dá)32個(gè)X、Y和Z數(shù)據(jù)樣本集,從而最小化對(duì)主處理器的影響。低功耗模式采用智能功率管理模式,并且具有閾值感測(cè)和運(yùn)動(dòng)加速度測(cè)量功能。ADXL345采用14引腳塑料封裝,具有3mm×5mm×1mm的小巧纖薄的外形尺寸,是符合RoHS規(guī)定的無鉛產(chǎn)品。ADXL345的主要性能指標(biāo)如下:1.1超低功耗,測(cè)量模式電流為40μA,2.5V(典型值)供電等待模式下電流僅為0.1μA;1.2量程可選擇±2g(10bit),±4g(11bit),±8g(12bit),±16g(13bit),精度達(dá)到了4mg/LSB;1.3供電范圍2.0V-3.6V;1.4SPI模式(3線或4線)或I2C模式通信接口;1.532級(jí)FIFO協(xié)調(diào)與處理器的通信;1.6帶寬達(dá)到1.6KHz;1.7使用溫度范圍-40℃-85℃;1.8可以接受10000g的沖擊;1.9適用于手持設(shè)備、工業(yè)監(jiān)控、醫(yī)療器械、個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備等。2adxl3g5簡(jiǎn)介ADXL345加速度傳感器首先由前端感應(yīng)器件感測(cè)加速度的大小,然后由感應(yīng)電信號(hào)器件轉(zhuǎn)為可識(shí)別的電信號(hào),這個(gè)信號(hào)是模擬信號(hào)。ADXL345中集成了AD轉(zhuǎn)換器,可以將此模擬信號(hào)數(shù)字化,我們知道在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)一律用補(bǔ)碼的形式來表示,在這也是如此,AD轉(zhuǎn)換器輸出的是16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼。經(jīng)過數(shù)字濾波器的濾波后在控制和中斷邏輯單元的控制下訪問32級(jí)FIFO,通過串行接口讀取數(shù)據(jù)。ADXL345的控制命令也是通過接收來自串口的讀寫命令來實(shí)現(xiàn)的,這主要是對(duì)寄存器的操作。圖1為ADXL345的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。上文提到了對(duì)ADXL345的控制操作主要通過對(duì)其寄存器的讀寫來完成的。ADXL345共有30個(gè)寄存器,包括29個(gè)功能寄存器,地址為0x1D-0x39,以及一個(gè)識(shí)別設(shè)備標(biāo)記的只讀寄存器DEV-ID,地址為0X00。訪問寄存器時(shí)先要發(fā)送1字節(jié)讀寫地址信息。最高位為操作類型,0代表寫操作,1代表讀操作;第六位是讀寫類型,0代表單值讀寫,1代表多值讀寫;D5~D0為寄存器地址,可以選擇30個(gè)寄存器中的任意一個(gè)進(jìn)行讀寫操作。由于ADXL345是一款非常新的加速度傳感器,公司提供的參考資料也僅限于Datasheet和一個(gè)自由落體實(shí)驗(yàn)。要成功的對(duì)它進(jìn)行初始化首先要仔細(xì)研讀Datasheet,理解每個(gè)寄存器的功能和他們之間的聯(lián)系。我們進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試時(shí)的寄存器初始設(shè)定值。我們選擇的量程為16g,數(shù)據(jù)速率為3200Hz。3i2c和i2cADXL345為用戶提供了兩種與微處理器通信的方式:SPI和I2C。在這兩種方式下ADXL345都是從設(shè)備,我們利用ADXL345采集數(shù)據(jù)和對(duì)其的相關(guān)控制操作都是通過這兩種通信方式來完成的,所以下面我們?cè)敿?xì)介紹一下這兩種通信方式。3.1adxl3g5通信過程SPI(SerialPeripheralinterface)即串行外圍設(shè)備接口,是摩托羅拉公司推出的同步接口技術(shù)。SPI的通信原理很簡(jiǎn)單,它以主從方式工作,這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備,需要至少4根線,事實(shí)上3根也可以(用于單向傳輸時(shí),也就是半雙工方式),也是所有基于SPI的設(shè)備共有的,它們是SDI(數(shù)據(jù)輸入),SDO(數(shù)據(jù)輸出),SCK(時(shí)鐘),CS(片選)。ADXL345的SPI通信過程是這樣的:如圖2和圖3所示,SPI的最高時(shí)鐘為5MHz,通信開始時(shí)主MCU選擇CS置位,CS復(fù)位則通信結(jié)束,SCLK由主MCU提供串行時(shí)鐘。SDI與SDO是串行數(shù)據(jù)輸入與輸出,它們分別在時(shí)鐘的上升沿獲取數(shù)據(jù)。一次通信過程中讀寫多字節(jié)必須要設(shè)定MB位(multiple-bytebit),在讀取完第一個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)后ADXL345會(huì)自動(dòng)將地址指向下一個(gè)寄存器,我們知道ADXL345三軸加速度傳感器輸出16位二進(jìn)制補(bǔ)碼,每個(gè)軸都分配了2字節(jié)輸出數(shù)據(jù)寄存器,共6個(gè),地址為0X32-0X27,這樣會(huì)連續(xù)輸出6字節(jié)數(shù)據(jù)。但對(duì)地址非連續(xù)的寄存器進(jìn)行操作必須通過CS停止通信并單獨(dú)設(shè)定下一個(gè)要操作的寄存器地址,然后再建立通信。所以通過SPI讀取ADXL345采集的數(shù)據(jù)只能連續(xù)讀取6字節(jié)數(shù)據(jù)然后地址返回0X32繼續(xù)讀取6字節(jié)數(shù)據(jù)。3.2adxl3g5的i2c通信I2C(Inter-IntegratedCircuit)總線是一種由飛利浦公司開發(fā)的兩線式串行總線,用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。目前很多集成電路芯片上都集成了I2C接口。ADXL345的I2C通信過程:ADXL345的腳與VDDI/O腳通過上拉電阻相連便選擇了I2C通信模式。如圖4所示。它完全符合飛利浦半導(dǎo)體公司I2C總線協(xié)議規(guī)定和用戶手冊(cè),支持標(biāo)準(zhǔn)傳輸模式(100kHz)快速傳輸模式(400kHz)。同時(shí)支持單字節(jié)和多字節(jié)數(shù)據(jù)通信。SDO/ALTADDRESS置位則選擇了7bit的I2C地址為0X1D,讀寫地址分別為0X3A和0X3B;SDO/ALTADDRESS復(fù)位則選擇了7bit的I2C地址為0X53,讀寫地址分別為0XA6和0XA7。4adxl325的接口電路設(shè)計(jì)在明確了ADXL345與微處理器的兩種接口方式以后,我們進(jìn)行了ADXL345的接口設(shè)計(jì)。ADXL345與MCU的鏈接非常簡(jiǎn)單,只要按照Datasheet上對(duì)ADXL345的引腳說明以及對(duì)SPI(3線或4線)或I2C兩種通信方式的接口說明做接口電路就可以,我的接口電路是這樣的:VDDI/O及VS接3.6V電壓,3腳的Reserved接地,6腳的Reserved接VS,8、9兩個(gè)引腳接MCU中斷源,7、12、13、14腳為SPI或I2C接口引腳,10腳懸空,其余3腳接地。需要做的外圍電路很少,一個(gè)就是在兩個(gè)電源上各接一個(gè)100nF的濾波電容,另外選擇I2C模式時(shí)需要加上拉電阻RP。對(duì)ADXL345的兩種方式(SPI模式與I2C模式)讀取數(shù)據(jù),我都做了接口,讀取數(shù)據(jù)時(shí),兩種方式都可以使用,以備項(xiàng)目不同要求時(shí)選擇使用。因此選擇了加跳線的方式區(qū)分這兩種通信方式,圖5所示的JP1就是跳線設(shè)計(jì)。使用跳線帽時(shí)選用的