基于adxl345的数字加速度传感器的应用

基于adxl345的数字加速度传感器的应用

1动态加速度测量系统adxl345是ad（analgoldevices，inc.）于2009年发布的高速三轴加速度传感器，也是第一个输出数字化信号的加速度传感器。ADXL345最大量程可以达到±16g,可以进行高分辨率(13位)测量。数字输出数据为16位二进制补码的形式,可通过SPI(3线或4线)或者I2C数字接口访问。ADXL345可以在倾斜感测应用中测量静态重力加速度,还可以从运动或者振动中生成动态加速度。它的高分辨率(4mg/LSB)能够分辨仅为0.25°的倾角变化。动态和静态感测功能可以检测有无运动发生,以及在任何轴上的加速度是否超过用户设置的水平。点击感测功能可以检测单击和双击动作。自由落体感测功能可以检测该设备是否正在掉落。这些功能可以映射到中断信号输出的引脚上。一个集成的32级FIFO可储存多达32个X、Y和Z数据样本集,从而最小化对主处理器的影响。低功耗模式采用智能功率管理模式,并且具有阈值感测和运动加速度测量功能。ADXL345采用14引脚塑料封装,具有3mm×5mm×1mm的小巧纤薄的外形尺寸,是符合RoHS规定的无铅产品。ADXL345的主要性能指标如下:1.1超低功耗,测量模式电流为40μA,2.5V(典型值)供电等待模式下电流仅为0.1μA;1.2量程可选择±2g(10bit),±4g(11bit),±8g(12bit),±16g(13bit),精度达到了4mg/LSB;1.3供电范围2.0V-3.6V;1.4SPI模式(3线或4线)或I2C模式通信接口;1.532级FIFO协调与处理器的通信;1.6带宽达到1.6KHz;1.7使用温度范围-40℃-85℃;1.8可以接受10000g的冲击;1.9适用于手持设备、工业监控、医疗器械、个人导航设备等。2adxl3g5简介ADXL345加速度传感器首先由前端感应器件感测加速度的大小,然后由感应电信号器件转为可识别的电信号,这个信号是模拟信号。ADXL345中集成了AD转换器,可以将此模拟信号数字化,我们知道在计算机系统中数字信号一律用补码的形式来表示,在这也是如此,AD转换器输出的是16位的二进制补码。经过数字滤波器的滤波后在控制和中断逻辑单元的控制下访问32级FIFO,通过串行接口读取数据。ADXL345的控制命令也是通过接收来自串口的读写命令来实现的,这主要是对寄存器的操作。图1为ADXL345的内部结构示意图。上文提到了对ADXL345的控制操作主要通过对其寄存器的读写来完成的。ADXL345共有30个寄存器,包括29个功能寄存器,地址为0x1D-0x39,以及一个识别设备标记的只读寄存器DEV-ID,地址为0X00。访问寄存器时先要发送1字节读写地址信息。最高位为操作类型,0代表写操作,1代表读操作;第六位是读写类型,0代表单值读写,1代表多值读写;D5~D0为寄存器地址,可以选择30个寄存器中的任意一个进行读写操作。由于ADXL345是一款非常新的加速度传感器,公司提供的参考资料也仅限于Datasheet和一个自由落体实验。要成功的对它进行初始化首先要仔细研读Datasheet,理解每个寄存器的功能和他们之间的联系。我们进行振动测试时的寄存器初始设定值。我们选择的量程为16g,数据速率为3200Hz。3i2c和i2cADXL345为用户提供了两种与微处理器通信的方式:SPI和I2C。在这两种方式下ADXL345都是从设备,我们利用ADXL345采集数据和对其的相关控制操作都是通过这两种通信方式来完成的,所以下面我们详细介绍一下这两种通信方式。3.1adxl3g5通信过程SPI(SerialPeripheralinterface)即串行外围设备接口,是摩托罗拉公司推出的同步接口技术。SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(用于单向传输时,也就是半双工方式),也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)。ADXL345的SPI通信过程是这样的:如图2和图3所示,SPI的最高时钟为5MHz,通信开始时主MCU选择CS置位,CS复位则通信结束,SCLK由主MCU提供串行时钟。SDI与SDO是串行数据输入与输出,它们分别在时钟的上升沿获取数据。一次通信过程中读写多字节必须要设定MB位(multiple-bytebit),在读取完第一个寄存器的数据后ADXL345会自动将地址指向下一个寄存器,我们知道ADXL345三轴加速度传感器输出16位二进制补码,每个轴都分配了2字节输出数据寄存器,共6个,地址为0X32-0X27,这样会连续输出6字节数据。但对地址非连续的寄存器进行操作必须通过CS停止通信并单独设定下一个要操作的寄存器地址,然后再建立通信。所以通过SPI读取ADXL345采集的数据只能连续读取6字节数据然后地址返回0X32继续读取6字节数据。3.2adxl3g5的i2c通信I2C(Inter-IntegratedCircuit)总线是一种由飞利浦公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。目前很多集成电路芯片上都集成了I2C接口。ADXL345的I2C通信过程:ADXL345的脚与VDDI/O脚通过上拉电阻相连便选择了I2C通信模式。如图4所示。它完全符合飞利浦半导体公司I2C总线协议规定和用户手册,支持标准传输模式(100kHz)快速传输模式(400kHz)。同时支持单字节和多字节数据通信。SDO/ALTADDRESS置位则选择了7bit的I2C地址为0X1D,读写地址分别为0X3A和0X3B;SDO/ALTADDRESS复位则选择了7bit的I2C地址为0X53,读写地址分别为0XA6和0XA7。4adxl325的接口电路设计在明确了ADXL345与微处理器的两种接口方式以后,我们进行了ADXL345的接口设计。ADXL345与MCU的链接非常简单,只要按照Datasheet上对ADXL345的引脚说明以及对SPI(3线或4线)或I2C两种通信方式的接口说明做接口电路就可以,我的接口电路是这样的:VDDI/O及VS接3.6V电压,3脚的Reserved接地,6脚的Reserved接VS,8、9两个引脚接MCU中断源,7、12、13、14脚为SPI或I2C接口引脚,10脚悬空,其余3脚接地。需要做的外围电路很少,一个就是在两个电源上各接一个100nF的滤波电容,另外选择I2C模式时需要加上拉电阻RP。对ADXL345的两种方式(SPI模式与I2C模式)读取数据,我都做了接口,读取数据时,两种方式都可以使用,以备项目不同要求时选择使用。因此选择了加跳线的方式区分这两种通信方式,图5所示的JP1就是跳线设计。使用跳线帽时选用的