基于三軸加速度計SCA3000和 LPC2210的傾斜角傳感器設計

2 SCA3000

傳感器的微型化、智能化、低功耗是當今傳感器發(fā)展的必然趨勢，微電子機械系統技術(shù)(MicroElectro，Mechanical Systems，MEMS)是傳感器微型化發(fā)展道路上的一項重要技術(shù)。SCA3000-D1是VTI公司的全數字化三軸加速度計，量程±2g，電源電壓3.3 V，64組緩沖存儲器記錄數據，在系統一級上面，有先進(jìn)的性能和有效節能方式，頻率響應可選，SPI數字串口通信，抗沖擊力強，可以應用于許多惡劣的條件下。

2.1傳感器前端

前端單元采用了耐用、穩定、低功耗和噪聲的電容傳感器，這個(gè)前端單元包含三個(gè)加速度傳感塊。由于結構原因，三個(gè)加速度傳感塊傳感方向與直角坐標成45°角，所以在接口電路模塊中有一個(gè)匹配處理，加速度導致電容變化接著(zhù)在信號調理電路中轉化為電壓變化。2.2 接口電路

傳感單元連接一個(gè)電容電壓轉換器，接下來(lái)在模擬領(lǐng)域校準，信號通過(guò)ADC轉換器轉換為數字信號，ADC信號被分離成三個(gè)信號處理通道，經(jīng)過(guò)低通濾波器和驟減。之后，信號配合上直角坐標系和傳輸給輸出寄存器。在一般測量中，加速度數據能夠通過(guò)串行總線(xiàn)SPI讀出。

3 硬件設計

在此運用ARM7微控制器LPC2210和三軸加速度計SCA3000測量數據。運用ZLG7290控制LED顯示傾斜角度，保留一組SPI接口用于擴展功能。

如圖5所示，LPC2294通過(guò)SPI總線(xiàn)連接SCA3000，通過(guò)I2C總線(xiàn)連接ZLG7290，開(kāi)關(guān)S1，S2，S3，S4用做校準功能使用，具體運用后面介紹。

SPI是一個(gè)全雙工的同步串行接口，一個(gè)SPI總線(xiàn)可以連接多個(gè)主機和多個(gè)從機，但是在同一時(shí)刻只允許一個(gè)主機操作總線(xiàn)，總線(xiàn)上只能有一個(gè)主機和一個(gè)從機通信。SPI總線(xiàn)一般由3～5根線(xiàn)組成，如圖5所示為經(jīng)典的4線(xiàn)SPI連接電路，一個(gè)主機連接兩個(gè)從機，主出從進(jìn)(Master Out Slave In，MOSI)，主入從出(Master In Slave Out，MISO)，串行時(shí)鐘(Serial ClocK，SCK)，片選(Chip Select，CSB)低有效，工作時(shí)SSO，SSl只能有一個(gè)為低。主機一般為微控制器產(chǎn)生串行時(shí)鐘，從機接收時(shí)鐘。SCA3000一般作為從機組成一個(gè)系統。

SCA3000SPI幀格式和傳輸協(xié)議如圖6所示。

當CSB為低時(shí)，SPI幀觸發(fā)，每一幀數據有16 b，MOSI線(xiàn)上前8 b包含需要讀/寫(xiě)的寄存器地址和讀/寫(xiě)控制，其中前6 b為寄存器地址，第7 b為讀/寫(xiě)控制，1為讀，O為寫(xiě)，第8 b為0，MOSI線(xiàn)上后8 b為需要寫(xiě)的數據，讀時(shí)不要考慮上面的數據。MOSI線(xiàn)上數據是在時(shí)鐘上升沿被采樣，而在MISO線(xiàn)上數據在時(shí)鐘下降沿被裝載。

MISO線(xiàn)上，第2 b為前一SPI幀的幀錯誤比特，第7 b始終為1，第8 b為當前幀數據的奇偶校驗位。后8位數據為要讀取的數據，在寫(xiě)過(guò)程中為地址寄存器中先前數據。