双轴加速度测量系统ADXL202的性能特点和应用场景
（文章来源：单片机与嵌入式系统应用，作者：翟飞飞；赵振；陈润深；戴胜华）
引 言
adxl202是adi公司出品的一款双轴加速度测量系统，模拟输入，可测量动态加速度和静态加速度，测量范围为±（2～10）g，输出为周期可调的脉宽调制信号，可以直接与单片机或计数器连接。lpc2103为飞利浦公司的一款arm7系列微控制器，主要用于工业控制、医疗系统、访问控制、pos机、通信网关等领域。本文使用lpc2103实现对adxl202加速度数据的采集与处理。
1 adxl202加速度传感器
1．1 adxl202的引脚定义及基本特性
adxl202为单片集成电路，集成度高、结构简单，内部包含多晶硅表面微处理传感器和信号控制电路，以实现开环加速度测量结构。与其他加速度计相比，adxl202可在很大程度上提高工作带宽，降低噪声影响，零重力偏差和温度漂移也相对较低。图1所示为adxl202传感器的引脚定义。
st：自检，用于控制芯片自检功能。接vdd时，输出占空比为10％的波形，说明芯片正常工作。
com：引脚4、7。使用时需将2个com端接在一起并接地。
t2：经电阻rset接地，调节输出信号周期。输出信号周期t2=rset／（125 mωs-1）。
vdd：电源。工作电压范围为+3．o～+5．25 v，可经过100ω的去耦电阻接电源。
xfilt、yfilt：经电容接地，用于改变带宽、滤除噪声和抑制零点漂移。
xout、yout：输出。
图2为adxl202传感器的内部结构原理图。
adxl202传感器由振荡器，x、y方向传感器，相位检波电路以及占空比调制器组成，具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。x、y方向传感器是2个相互正交的加速度传感器，它们同时工作，可以测量动态变化的加速度和恒定的加速度。传感器之后级连相位检波器，主要是用来修正信号，并对信号的方向做出判断。检波器输出的信号，通过一个32 kω的电阻来驱动占空比调制器，通过在xfilt和yfilt引脚外接电容cx和cy来改变带宽。
1．2 测量数据的计算及处理
（1）信号带宽的计算
通过cx和cy来设定带宽，在xfilt和yfilt引脚接上电容，通过低通滤波器来减少噪声。3 db带宽的公式为：
f=5 μf／c（x，y） （电容最小值为l 000 pf）
（2）加速度的计算
输出信号周期t2=rset／（125 mωs-1），如图3所示。
信号通过低通滤波器之后，占空比调制器把信号转换为数字信号输出。通过t2引脚的外接电阻可以改变t2的周期（o．5～10 ms），这很适于在精度要求不同的场合下使用。输出的占空比信号通过计数器可以计算出占空比。加速度的计算可以通过下式得到：
例如，当加速度为0g时，信号宽度t1与空闲宽度（t2一t1）相同，输出信号的占空比为50％；当加速度为1g时，信号宽度t1与空闲宽度（t2一 t1）的比值为5：3，输出信号的占空比为62．5％。
1．3 adxl202的典型应用
adxl202传感器最重要的应用之一是倾斜度的测量。在进行倾斜度测量时，需要让传感器的敏感轴（x轴）与重力方向垂直。如果与重力方向平行，物体倾斜对于加速度数据的影响可以忽略不计。图4所示为加速度测量的原理图。
当adxl202与重力矢量垂直时，其输出随倾斜度的变化大约为每度17．5 mg，当两者呈45°时，输出变化值仅为每度12．2 mg，分辨率降低。表1为倾斜角度与加速度变化的关系。
2 应用电路设计
2．1 硬件接口设计
lpc2103是一个支持实时仿真和跟踪的32位 arm7tdmi—s cpu，并带有8 kb片内sram和32 kb嵌入的高速片内flash内存。lpc2103具有lqfp48的较小封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位adc、2个外部中断、最多可达32个gpio。通过可编程的片内pll（可能的输入频率范围：10～25 mhz）可实现最高70 mhz的cpu时钟频率。adxl202传感器与lpc2103的接口电路如图5所示。
adxl202加速度传感器的t2经125 kω电阻接地，可以得到信号输出的周期为1 ms。13、14引脚接+5 v电源，xfilt和yfilt经o．1μf电容接地，用于设置50 hz带宽。两路输出分别与lpc2103的po．o和po．2引脚相接，作为数据传输线。数据传输有两种方法，分别为普通gpio口方式和定时器捕获中断方式。
2．2 普通gpio口方式
由于传感器输出均为dcm信号，无论采用什么方式进行数据接收，都需要定时器／计数器工作，对dcm信号进行计时处理。因此，程序首先要对定时器进行初始化。然后分别对dcm信号的高电平和低电平持续时间进行计时，得到t1、t2的值，再进行加速度计算。由于默认情况下gpio均为普通i／0方式，所以开始不用设置pin—sel寄存器。普通gpio口方式程序如下：
普通gpio口方式的程序比较简单，虽然程序的执行需要时间，但由于lpc2103的主频可以达到40 mhz，执行几条指令只需几微秒，所以产生的误差会很小。但普通gpio方式程序执行时，cpu一直在等待上升沿或下降沿的到来，大大降低了cpu的使用效率。可以使用图5所示xout与lpc2103的接口方式。
2．3 定时器捕获中断方式
如图5所示，yout与 lpc2103的po．2引脚相接，利用p0．2的功能复用，可以实现定时器捕获中断方式接收传感器数据。主要程序段如下：
中断处理程序运行之后，得到的信号周期应为t2=t1+t2。故加速度为（（（fp32）t1／（（fp32）t2+（fp32）t1））一 o．5）*8。使用中断服务程序大大提高了cpu的使用效率，但程序较为复杂，并且占用了一个中断向量通道。
结 语
adxl202传感器的应用方法经过验证完全可行，并且能够达到较高的测量精度。由于集成度高，由adxl202和arm系列微控制器组成的系统完全可以用于汽车、火车等交通工具的安全控制系统。adxl202在惯性导航、倾斜感应、地震监控及汽车保险等领域都有着广泛的应用，精度高、集成度高、功耗低等特点使之完全可以取代传统的加速度传感器。
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引 言
adxl202是adi公司出品的一款双轴加速度测量系统，模拟输入，可测量动态加速度和静态加速度，测量范围为±（2～10）g，输出为周期可调的脉宽调制信号，可以直接与单片机或计数器连接。lpc2103为飞利浦公司的一款arm7系列微控制器，主要用于工业控制、医疗系统、访问控制、pos机、通信网关等领域。本文使用lpc2103实现对adxl202加速度数据的采集与处理。
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1．1 adxl202的引脚定义及基本特性
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st：自检，用于控制芯片自检功能。接vdd时，输出占空比为10％的波形，说明芯片正常工作。
com：引脚4、7。使用时需将2个com端接在一起并接地。
t2：经电阻rset接地，调节输出信号周期。输出信号周期t2=rset／（125 mωs-1）。
vdd：电源。工作电压范围为+3．o～+5．25 v，可经过100ω的去耦电阻接电源。
xfilt、yfilt：经电容接地，用于改变带宽、滤除噪声和抑制零点漂移。
xout、yout：输出。
图2为adxl202传感器的内部结构原理图。
adxl202传感器由振荡器，x、y方向传感器，相位检波电路以及占空比调制器组成，具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。x、y方向传感器是2个相互正交的加速度传感器，它们同时工作，可以测量动态变化的加速度和恒定的加速度。传感器之后级连相位检波器，主要是用来修正信号，并对信号的方向做出判断。检波器输出的信号，通过一个32 kω的电阻来驱动占空比调制器，通过在xfilt和yfilt引脚外接电容cx和cy来改变带宽。
1．2 测量数据的计算及处理
（1）信号带宽的计算
通过cx和cy来设定带宽，在xfilt和yfilt引脚接上电容，通过低通滤波器来减少噪声。3 db带宽的公式为：
f=5 μf／c（x，y） （电容最小值为l 000 pf）
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