【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)鐘信號(hào)BRCLK送入一個(gè)15位的分頻器，通過(guò)一系列的硬件控制，最終輸出移出與移進(jìn)，兩移位寄存器使用的移位位時(shí)鐘BITCLK信號(hào)，BITCLK信號(hào)的產(chǎn)生如圖所示，是分頻器的作用。當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，輸出觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，送給BITCLK信號(hào)。所以BITCLK信號(hào)周期的一半就是定時(shí)器（分頻計(jì)數(shù)器）的定時(shí)時(shí)間。接收控制部分與發(fā)送控制部分分別由兩個(gè)移位寄存器構(gòu)成。接收時(shí)，當(dāng)接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)（URXIFG0=1），表示接收到完整數(shù)據(jù)，可以將此數(shù)據(jù)取走。而在發(fā)送時(shí)，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)正在發(fā)送過(guò)程中，UTXIFG0=1，此時(shí)，不能再發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)送完畢（UTXIFG0=0）時(shí)，方可繼續(xù)發(fā)送。串口接收一般采用中斷方式，而發(fā)送數(shù)據(jù)則多采用主動(dòng)方式。MAX3232采用專有低壓差發(fā)送器輸出級(jí)[17]。MAX3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率，同時(shí)保持RS232輸出電平。MAX3232具有二路接收器和二路驅(qū)動(dòng)器，提供1μA關(guān)斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。關(guān)斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，僅消耗1μA電源電流，MAX3232的引腳、封裝和功能分別與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MAX242和MAX232兼容。即使工作在高數(shù)據(jù)速率下。，即可提供+（倍壓電荷泵）（反相電荷泵）輸出電壓，電荷泵工作在非連續(xù)模式，將開(kāi)啟電荷泵；，即可關(guān)閉電荷泵，每個(gè)電荷泵需要一個(gè)飛容器和一個(gè)儲(chǔ)能電容，產(chǎn)生V+和V的電壓。 MAX3232在最差工作條件下能夠保證120kbps的數(shù)據(jù)速率。通常情況下，能夠工作于235kbps數(shù)據(jù)速率，發(fā)送器可并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)接收器和鼠標(biāo)。 MAX3232引腳圖5)電源管理模塊此系統(tǒng)選用LP2985對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電源管理。LP2985具有的功能，使得穩(wěn)壓器為各種便攜式應(yīng)用的理想選擇。其特點(diǎn)[18]如下。輸出量： 1％（一級(jí)） ％（標(biāo)準(zhǔn)級(jí)）電壓范圍寬：最大能到16V。過(guò)流和熱保護(hù)。低壓差：一個(gè)PNP合格元件允許負(fù)載電流為150mA時(shí)的典型壓差為280mV，1 mA時(shí)為7mV。低靜態(tài)電流：允許使用縱向PNP過(guò)程，大大低于那些與傳統(tǒng)的橫向PNP穩(wěn)壓器低靜態(tài)電流。關(guān)閉：關(guān)閉功能是可用的，當(dāng)ON/ 。低ESR電容：穩(wěn)壓器是穩(wěn)定的低ESR電容，允許使用小，價(jià)格低廉，陶瓷電容器，在成本敏感的應(yīng)用。低噪聲：一個(gè)旁路引腳使用10nF的旁路電容允許低噪音操作，有30μV（RMS）的典型輸出噪聲。小包裝：對(duì)于大多數(shù)的空間約束的需求，該穩(wěn)壓器在SOT23封裝，以及的NanoStar晶圓芯片級(jí)封裝，提供了一個(gè)更小的熱尺寸和更好電氣特性。 NanoStar封裝技術(shù)采用包死，是IC封裝概念的重大突破。 LP2985引腳封裝圖。 LP2958功能方框圖。 LP2985推薦工作條件表MIN MAX UINTVIN 電源電壓 16 VVON/ VON/電壓 0 VIN VIOUT 輸出電流 150 mATJ 虛擬交界處的溫度 40 125 ℃3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)完成對(duì)MEMS加速度計(jì)對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的采集與存儲(chǔ)。依據(jù)這樣的思想，本章對(duì)各個(gè)部分的電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件電路模塊是記錄儀的核心部件，、單片機(jī)、電源管理模塊及異步串行通信接口電路組成。整個(gè)系統(tǒng)在控制器(單片機(jī))的作用下完成采集和存儲(chǔ)功能。當(dāng)系統(tǒng)采樣完畢，等待數(shù)據(jù)的讀出，通過(guò)計(jì)算機(jī)和異步串行通信接口，可以很方便的讀出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示。單片機(jī)被測(cè)信號(hào)傳感器電 源 管 理高頻晶振復(fù)位電路電池RS232接口計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的工作原理為：加速度記錄儀上電后進(jìn)入采樣存儲(chǔ)狀態(tài)，通過(guò)I2C串口將采集的加速度信息存儲(chǔ)至FLASH中。當(dāng)存儲(chǔ)滿后，進(jìn)入待讀數(shù)狀態(tài)。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)RS232串口完成對(duì)記錄儀的讀數(shù)，并在上位機(jī)上完成數(shù)據(jù)的后續(xù)處理與分析。讀數(shù)計(jì)滿待讀數(shù)狀態(tài)采 集 存 儲(chǔ) 態(tài)接通電源低功耗 態(tài) 系統(tǒng)原理圖 加速度信號(hào)的采集本設(shè)計(jì)選用了Freescale高集成度三軸加速度傳感器MMA8453Q。它是一款具有14位分辨率的智能低功耗、三軸、電容式微機(jī)械加速度傳感器，具有豐富的嵌入式功能，帶有靈活的用戶可編程選項(xiàng)，可以配置多達(dá)兩個(gè)中斷引腳。嵌入式中斷功能可以節(jié)省整體功耗，解除主處理器不斷輪詢數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)具備訪問(wèn)低通濾波數(shù)據(jù)和高通濾波數(shù)據(jù)的功能，可以將所需數(shù)據(jù)分析降至最低程度，從而實(shí)現(xiàn)晃動(dòng)監(jiān)測(cè)和快速的響應(yīng)。該器件可被配置成利用任意組合可配置嵌入式的功能生成慣性喚醒中斷信號(hào)，這就使MMA8453Q在監(jiān)控事件時(shí)，在靜止?fàn)顟B(tài)保持低功耗模式[19]。綜上所述，它完全適應(yīng)于便攜式節(jié)能產(chǎn)品的檢測(cè)。 信號(hào)采集電路其中RR2為上拉電阻，其值是查芯片資料所得。CCC8起到濾波的作用，其值是查芯片資料所得。 I2C總線介紹 單片機(jī)與加速度計(jì)之間的通信是通過(guò)I2C方式。 I2C總線工作原理如下。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。 　　I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類型信號(hào)，它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。 　　開(kāi)始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。 　　結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。這些信號(hào)中，起始信號(hào)是必需的，結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，都可以不要。 MMA8453Q I2C時(shí)序圖 電源管理模塊隨著芯片集成化、模塊化的發(fā)展，電源控制技術(shù)也得到足夠的重視。對(duì)于系統(tǒng)各部分單獨(dú)供電的管理，為系統(tǒng)低功耗的實(shí)現(xiàn)提供了保障。當(dāng)采用電源分支管理時(shí)，可以消除無(wú)效損耗，達(dá)到節(jié)省功耗的目的。設(shè)計(jì)時(shí)選用電源管理減少了不必要的電流消耗。其具體實(shí)現(xiàn)方法為：將外部高頻晶振以及單片機(jī)組采用獨(dú)立供電的方式，對(duì)于各個(gè)模塊在不同狀態(tài)下是否需要工作的狀況，選用通過(guò)單片機(jī)控制各獨(dú)立電源的打開(kāi)與關(guān)閉，為其提供電源或者切除電源，從而達(dá)到省電的目的。例如：外圍高頻晶振在剛接通電源時(shí)不需要工作，通過(guò)電源管理就可以關(guān)閉其供電電源VCC，當(dāng)采集存儲(chǔ)時(shí)打開(kāi)，從而避免不必要的電量損耗。由于系統(tǒng)追求小體積、低功耗，因此對(duì)于所用芯片的封裝和功耗都有著嚴(yán)格的要求，在滿足功能的前提條件下，電源管理芯片的小體積可以減少其在電路板中的占有空間，因此本系統(tǒng)選用了LP2985。 LP2985基本應(yīng)用電路，使能端ON/ 控制輸出VOUT，當(dāng)S1閉合時(shí)，LP2985處于工作狀態(tài)，一直輸出電壓VCC，VCC是單片機(jī)組及外部高頻晶振的電源。旁路電容C12起到降低噪聲的作用。C13起到濾波作用，提高其穩(wěn)定性。 LP2985連接圖 復(fù)位電路，此處是低電平復(fù)位，在復(fù)位輸入引腳上接一電阻至VCC端，下接一個(gè)電容到地即可。上電復(fù)位的工作過(guò)程是：在上電時(shí)，復(fù)位電路給端一個(gè)短暫的低電平信號(hào)，此低電平信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸上升。系統(tǒng)上電后電容兩端的電壓為0V，單片機(jī)復(fù)位。C不斷充電，隨著時(shí)間增加C兩端的電壓也變大，到達(dá)高電平后單片機(jī)復(fù)位完成，執(zhí)行用戶程序 。此處R4為100k，能滿足要求。 外圍晶振選擇時(shí)鐘作為電路的“心臟”，是系統(tǒng)重要的組成部分。此系統(tǒng)在采集信號(hào)時(shí)采用外部8MHz晶振給系統(tǒng)提供工作時(shí)鐘，為此電路外圍晶振選用了Epson公司的芯片SG350SCF8M[20]。選用的時(shí)鐘芯片性能要穩(wěn)定，并且電流消耗盡可能的小，而電流的消耗一般與供電的范圍有關(guān)，～，并且溫度范圍廣。其有一個(gè)使能端ST，只有ST有效時(shí)，晶振才會(huì)輸出8M的時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)中，ST端與VCC端直接相連，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)， ST端為高電平，OUT端就會(huì)輸出8M的時(shí)鐘供給系統(tǒng)電路。，為其連接電路。 SG350SCF8M連接圖 存儲(chǔ)模塊由于K9FIG08的命令，地址，數(shù)據(jù)共用8條IO線，只通過(guò)ALE和CLE兩根控制線來(lái)指示當(dāng)前IO線上的操作類型，因此，MSP430F1611與K9FlG08的接口連接比較簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)中A7連接Flash的命令鎖存使能端（CLE），（ALE），A6與Flash的片選（）相連，它在整個(gè)Flash訪問(wèn)期間必須有效，A4與Flash的R/端相連，通過(guò)讀取該信號(hào)的狀態(tài)，判斷Flash是處于擦除，編程或隨機(jī)讀操作的忙狀態(tài)。Flash還帶有一個(gè)寫保護(hù)（）端，用來(lái)防止Flash被意外的編程和擦除。 異步串行通信模塊的設(shè)計(jì) 異步串行通信介紹電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA，Electronic Industry Association)推薦的RS232標(biāo)準(zhǔn)，是一種常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)。UART(通用異步收發(fā)器/串口/RS232)，早期它被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與終端通過(guò)電話