【正文】 傾角傳感器 在這種場(chǎng)合使用，只要將傳感器固定在一定的平面，測(cè)。這對(duì)于要測(cè)量相對(duì)傾角的場(chǎng)合非常有用。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 典型應(yīng)用場(chǎng)合 角度測(cè)量，水平調(diào)整，零位調(diào)整 傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號(hào)）， 安全控制，監(jiān)控，報(bào)警 機(jī)械臂，大壩，建筑，橋梁角度測(cè)量 對(duì)準(zhǔn)控制，彎曲控制。在實(shí)用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測(cè)量范圍、精度及抗過載能力較高，在武器系統(tǒng)中應(yīng)用也較為廣泛。但氣體運(yùn)動(dòng)控制較為復(fù)雜，影響其運(yùn)動(dòng)的因素較多，其精度無法達(dá)到軍用武器 系統(tǒng)的要求。在重力場(chǎng)中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。傾斜角度不同，輸出的電信號(hào)也不同。若忽略氣體上升過程中克服重力的能量損失，則穿過上部熱線的氣流已經(jīng)與下部熱線的產(chǎn)生熱交換，使穿過兩根熱線時(shí)的氣流速度不同，這時(shí) V2162。在平衡狀態(tài)時(shí)，如圖 4(a)所示，熱線處于同一水平面上，上升氣流穿過它們的速度相同，即V1=V1′ ，這時(shí)，氣流對(duì)熱線的影響相同，由式（ 7）可知，流過熱線的電流也相同，電橋平衡。電流流過熱線，熱線產(chǎn)生熱量，使熱線保持一定的溫度。氣體擺式慣性器件就是根據(jù)一原理研制的。 熱量傳遞系數(shù) h 與流體的熱傳導(dǎo)率、動(dòng)力學(xué)粘度、流體速度和熱線直徑有關(guān)，表示為：（ 3） 其中： Nu為 — 努塞爾（ Nusselt）數(shù)， l— 熱傳導(dǎo)率（ W/mK）， Re— 雷諾（ Reynold）數(shù)，U— 流體速度（ m2/s） ,D— 熱線的直徑（ m） ,n— 流體的動(dòng)力學(xué)粘度。在熱線能量交換中對(duì)流是主要形式。 “ 氣體擺 ” 式慣性器件的敏感機(jī)理基于密閉腔體中的能量傳遞，在密閉腔體中有氣體和熱線，熱線是唯一的熱源。當(dāng)腔體所在平面相對(duì)水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時(shí)，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱線阻值的變化是角度 q或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。 “氣體擺”式慣性器件 氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性。 在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片 的變化，從而引起輸出電信號(hào)變化而感知傾角的變化。如圖 3所示，左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻RI增大，相對(duì)極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻 RIII 減少，即 RIRIII。若液體擺水平時(shí)，則 RI=RIII。當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)電液的 深度相同。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。 [8] 承受沖擊振動(dòng) 10000G “固體擺”式慣性器件 固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，如圖 1所示，其由擺錘、擺線、支架組成， 擺錘受重力 G和擺拉力 T的作用， 其合外力 F為： (1) 其中，θ為擺線與垂直方向的夾角。數(shù)據(jù)方式輸出，接口形式包括 RS23 RS485和可定制等多種方式。 其特點(diǎn)是： 硅微機(jī)械傳感器測(cè)量 (MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。 傾角傳感器把 MCU， MEMS加速度計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面。 隨著 MEMS 技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功 ,應(yīng)用最廣泛的微機(jī)電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計(jì) (microaccelerometer)就是慣性傳感器件的杰出代表。 當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。如果初速度已知，就可以通過積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以 計(jì)算出直線位移。 DS12887 引腳定義 圖 51引腳定義 注： DS12887 應(yīng)用程序見附錄 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 6 章 傾角傳感器 傾角傳感器原理 傾角傳感器可以用來測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。不關(guān)心碼是任意從 C到 FF的 16進(jìn)制數(shù)。第一種，當(dāng)定鬧時(shí)間寫入相應(yīng)時(shí)、分、秒定鬧單元，在定時(shí)允許、鬧鐘位置高電平的條件下，定鬧中斷每天準(zhǔn)時(shí)起動(dòng)一次。每秒鐘這 10個(gè)字節(jié)走時(shí) 1秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時(shí)，讀時(shí)間和日歷可能引起錯(cuò)誤。時(shí)間可選擇 12小時(shí)制或24小時(shí)制，當(dāng)選擇 12 小時(shí)制時(shí)，小時(shí)字節(jié)高位為邏輯 “1” 代表 PM。 8．中斷信號(hào)輸出 (IRQ)和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行測(cè)試。 6．有 128個(gè) RAM 單元與軟件音響器，其中 14個(gè)作為字節(jié)時(shí)鐘和控制寄存器， 114字節(jié)為通用 RAM，所有 ARAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護(hù)功能。 4． 12小時(shí)或 24 小時(shí) 制， 12小時(shí)時(shí)鐘模式帶有 PWM和 AM指導(dǎo)，有夏令時(shí)功能。 2．計(jì)秒、分、時(shí)、天、星期、日、月、年，并有閏年補(bǔ)償功能。DS12887芯片具有微軾耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘場(chǎng)合中。 DS12887 功能與特點(diǎn)介紹 DS12887采用 CMOS 技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部。/P p 二線制協(xié)議 FM24C16使用二線制協(xié)議串行總線及其傳輸規(guī)約進(jìn)行雙向傳輸，這種方式占用腳位少，占用線路板空間小，下圖描述了 FM24C16在微處理器系統(tǒng)中的典型配置 ： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 41 FM24C16 配置 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 5 章 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)生 傾覆 時(shí)，對(duì)發(fā)生 傾覆 的時(shí)間進(jìn)行記錄，且為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，要求系統(tǒng)進(jìn)行自檢并定時(shí)上報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，因此需要系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。 總之， FRAM產(chǎn)品為我們提供了可使用的存儲(chǔ)器的一種新選擇，在原來使用 E2PROM的應(yīng)用中表現(xiàn)會(huì)更出色，為某些原來認(rèn)為需要使用 SRAM和 E2PROM的應(yīng)用系統(tǒng)找到一種新的途徑。要保證代碼不會(huì)意外地被改寫，僅需斷開 J2即可。8051的 RD信號(hào)與 PSEN 信 號(hào)相 “ 與 ” 后作為 U3的輸出允許，所以 U3 作為程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。兩片 32K 8的 FRAM存儲(chǔ)器， A15與 ALE通過 74FC32 相 或 作為 U2的片選，取反后作為 U3的片選。 根據(jù)前面的介紹，要實(shí)現(xiàn)對(duì) FM1808的正常操作，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn) 8051/52 來說主頻不能高于 20MHz，而對(duì)于高速型的 8051/52主頻不應(yīng)高于 23MHz。要保證對(duì) FM1808的正確訪問，必須注意兩點(diǎn)： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第一，訪問時(shí)間必須大于 70 ns（即 FRAM 的訪問時(shí)間）； 第二， ALE的高電平寬度必須大于 60 ns。快速型8051如 DS87C520或 W77E58的一個(gè)機(jī)器周期僅需 4 個(gè)時(shí)鐘周期，而 在一些新的如 PHILIPS的 8051中一個(gè)機(jī)器周期為 6個(gè)時(shí)鐘周期，而在任何一個(gè)機(jī)器周期中 ALE信號(hào)都兩次有效。標(biāo)準(zhǔn) 8051核的一個(gè)機(jī)器周期包括 12 個(gè)時(shí)鐘周期， ALE信號(hào)在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效，除了對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問時(shí)僅有效一次。 預(yù)充電信號(hào)的產(chǎn)生 在大多數(shù)的 8051 系統(tǒng)中，對(duì)存儲(chǔ)器的片選信號(hào) 通常允許在多個(gè)讀寫訪問操作時(shí)保持為低。程序存儲(chǔ)器必須是非易失性的并且要相對(duì)低廉，且比較容易改寫，而使用 FRAM會(huì)受訪問次數(shù)的限制。 DRAM的作用與成本是 FRAM無法比擬的，事實(shí)證明， DRAM不是 FRAM 所能取代的。例如 DRAM是圖形顯示存儲(chǔ)器的最佳選擇，有大量的像素需要存儲(chǔ)，而恢復(fù)時(shí)間并不是很重要。如果應(yīng)用中所有存儲(chǔ)器的最大訪問速度是 70ns，那么可以使用一片 FRAM完成這個(gè)系統(tǒng)，使系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)更加簡(jiǎn)單。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 假設(shè)設(shè)計(jì)中需要大約 3K字節(jié)的 SRAM，還要幾百個(gè)字節(jié)用來保存啟動(dòng)代碼的 E2PROM配置。但是決定使用 FRAM之前，必須確定系統(tǒng)中一旦超出對(duì) FRAM的 100億次訪問之后絕對(duì)不會(huì)有危險(xiǎn)。 Ramtron給出的最大訪問次數(shù)是 100億次（ 1010），但是并不是說在超過這個(gè)次數(shù)之后， FRAM就會(huì)報(bào)廢，而是它僅僅沒有了非易失性，但它仍可像普通 RAM一樣使用。 FRAM產(chǎn)品具有 RAM 和 ROM優(yōu)點(diǎn)，讀寫速度快并可以像非易失性存儲(chǔ)器一樣使用。串行 FRAM與傳統(tǒng)的 24 、25 型的 E2PROM引腳及時(shí)序兼容，可以直接替換，如 Microchip、 Xicor 公司的同型號(hào)產(chǎn)品 ，但各項(xiàng)性能要好得多，性能比較如表 1所示。 FRAM 與其它存儲(chǔ)技術(shù)比較 目前 Ramtron公司的 FRAM主要包括兩大類：串行 FRAM和并行 FRAM。 FRAM 的讀寫時(shí)序 在 FRAM讀操作后必須有個(gè) 預(yù)充電 過程，來恢復(fù)數(shù)據(jù)位。但是寫操作仍要保留一個(gè) 預(yù)充 時(shí)間，所以總的時(shí)間與讀操作相同。晶體原子狀態(tài)的切換時(shí)間小于 1ns，讀操作的時(shí)間小于 70ns，加上 預(yù)充 時(shí)間 60ns，一個(gè)完整的讀操作時(shí)間約為 130ns。 無論是 2T2C還是 1T1C的 FRAM，對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)位狀態(tài)可能改變而參考位則不會(huì)改變（這是因?yàn)樽x操作施加的電場(chǎng) 方向與原參考位中原子的位置相同） 。 鐵電存儲(chǔ)器 FRAM 的讀 /寫操作 FRAM保存數(shù)據(jù)不是通過電容上的電荷，而是由存儲(chǔ)單元電容中鐵電晶體的中心原子位置進(jìn)行記錄。 1T1C的 FRAM所有數(shù)據(jù)位使用同一個(gè)參考位，而不是對(duì)于每一數(shù)據(jù)位使用各自獨(dú)立的參考位。前期的 FRAM每個(gè)存儲(chǔ)單元使用兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管 和兩個(gè)電容，稱為 “ 雙管雙容 ” （ 2T2C），每個(gè)存儲(chǔ)單元包括數(shù)據(jù)位和各自的參考位。但受鐵電晶體特性制約， FRAM仍有最大訪問（讀）次數(shù)的限制。由于鐵電效應(yīng)是鐵電晶體沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 所固 有的一種偏振極化特性，與電磁作用無關(guān)，所以 FRAM存儲(chǔ)器的內(nèi)容不會(huì)受到外界條件諸如磁場(chǎng)因素的影響，能夠同普通 ROM存儲(chǔ)器一樣使用，具有非易失性的存儲(chǔ)特性。鐵電效應(yīng)是指在鐵電晶體上施加一定的電場(chǎng)時(shí)，晶體中心原子在電場(chǎng)的作用下 運(yùn)動(dòng) ，并達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)電場(chǎng)從晶體移走后，中心原子會(huì)保持在原來的位置。從辦公室復(fù)印機(jī)、高檔服務(wù)器到汽車安全氣囊和娛樂設(shè)施，鐵電存儲(chǔ)器不斷改進(jìn)性能在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。最近采用的 米的制造工藝，極大的降低了芯片的功耗，提高了單個(gè)晶元的利用率。新的設(shè)計(jì)極大的提高了鐵電存儲(chǔ)器的效率，降低了鐵電存儲(chǔ)器產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 Ramtron 新的單晶體管 /單電容器結(jié)構(gòu)可以像 DRAM一樣，使用單電容器為存儲(chǔ)器陣列的每一列提供參考。最初的鐵電存儲(chǔ)器采用兩晶體管 /兩電容器 (2T/2C)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致元件體積相對(duì)過大。鐵電薄膜被放置于 CMOS基層之上，并置于兩電 極之間，使用金屬互連并鈍化后完成鐵電制造過程。鐵電存儲(chǔ)器不需要定時(shí)更新，掉電后數(shù)據(jù)能夠繼續(xù)保存，速度快而且不容易寫壞。內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置存儲(chǔ)器。鐵電存儲(chǔ)器在這兩類存儲(chǔ)類型間搭起了一座跨越溝壑的橋梁 一種非易失性的 RAM 當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)被加到鐵電晶體時(shí)，中心原子順著電場(chǎng)的方向在晶體里移動(dòng)。 這些存儲(chǔ)器不僅寫入速度慢，而且只能有限次的擦寫，寫入時(shí)功耗大。所有由 ROM 技術(shù) 研發(fā)出的存儲(chǔ)器則都具有寫入信息困難的特點(diǎn)。然而所有的主流的非易失性存儲(chǔ)器均源自于只讀存儲(chǔ)器（ ROM） 技術(shù) 。 RAM 類型的存儲(chǔ)器易于使用、性能好，可是它們同樣會(huì)在掉電的情況下會(huì)失去所保存的數(shù)據(jù)。易失性的存儲(chǔ)器包括靜態(tài)存儲(chǔ)器 SRAM（ static random access memory)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 DRAM （ dynamic random access memory)。 鐵電存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介 鐵電存儲(chǔ)器 (FRAM)：相對(duì)于其它類型的半導(dǎo)體 技術(shù) 而言，鐵電存儲(chǔ)器具有一些獨(dú)一無二的特性。鐵電的擦寫次數(shù)幾乎可以說是無限次。 FRAM結(jié)構(gòu)是基于行與列陣列排布，行由 A8 A2定義。 本設(shè)計(jì)選用了 FM24C16來作為非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)如下： 1. FM24C16A是一種串行非易失存儲(chǔ)器，它的結(jié)構(gòu)容量為 512*8 位，接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二線制造串行接口，與串行 EEPROM的功能操作相似，與 EEPROM具有相同的引腳排列，不同之處在于， FM24C16A 具有非常出色的寫 操作性能； 。 UART 接口信號(hào)定義 UART 接口信號(hào)定義如表 38所示 . 表 38 UART 接口信號(hào)定義 序號(hào) 信號(hào)名 描述 特性 方向 23 UART_DCD0 載波檢測(cè) 數(shù)據(jù)鏈路已連接 DCEDTE 17 UART_RI0 振鈴指示 通知 DTE 有遠(yuǎn)程呼叫 DCEDTE 21 UART_RTS0 請(qǐng)求發(fā)送 DTE通知 DCE 請(qǐng)求發(fā)送 DTEDCE 19 UART_TXD0 發(fā)送數(shù)據(jù) DTE 發(fā)送數(shù)據(jù) DTEDCE 16 UART_DSR0 數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 DCE 準(zhǔn)備就緒 DCEDTE 22 UART_DTR0 數(shù)據(jù)