【正文】 調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。 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。 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 總線介紹 單片機(jī)與加速度計(jì)之間的通信是 通過 I2C 方式 。 圖 信號(hào)采集電路 其中 R R2為上拉電阻，其值是查芯片資料所得。綜上所述 ，它完全適應(yīng)于便攜式節(jié)能產(chǎn)品的檢測(cè)。同時(shí)具備訪問低通濾波數(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)。 采 集 存 儲(chǔ) 態(tài) 待讀數(shù)狀態(tài) 計(jì)滿 接通電源 讀數(shù) 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) 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 41 頁 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。圖 為加速度記錄儀的狀態(tài)流程圖。當(dāng)存儲(chǔ)滿后，進(jìn)入待讀數(shù)狀態(tài) 。 當(dāng)系統(tǒng)采樣完畢，等待數(shù)據(jù)的讀出， 通過計(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。 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 ， 如圖 所示由高頻晶振、單片機(jī) 、 電源管理模塊及 異步串行通信 接口電路組成。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 共 41 頁 表 LP2985推薦工作條件表 MIN MAX UINT VIN 電源電壓 16 V VON/ OFF VON/ OFF 電壓 0 VIN V IOUT 輸出電流 150 mA TJ 虛擬交界處的溫度 40 125 ℃ 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 41 頁 低功耗 態(tài) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 通過硬件電路設(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)。 圖 LP2985引腳封裝圖 其功能方框圖如 圖 。 NanoStar封裝技術(shù) 采用包死， 是 IC封裝概念的重大突破 。 178。 178。 178。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 41 頁 178。 178。 178。 178。 輸出 量 ： 1％ （ 一 級(jí)） ％ （標(biāo)準(zhǔn)級(jí)） 178。 其特點(diǎn) [18]如下。 圖 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。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)。 只要輸入電壓在 ，即可提供 +（倍壓電荷泵）和 （反相電荷泵）輸出電壓，電荷泵工作在非連續(xù)模式，一旦輸出電壓低于 ，將開啟電荷泵；輸出電壓超過 ，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。 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 1μ A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。 MAX3232確保在 120kbps數(shù)據(jù)速率，同時(shí)保持 RS232輸出電平。 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。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。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。時(shí)鐘信號(hào) BRCLK送入一個(gè) 15位的分頻器，通過一系列的硬件控制，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。 圖 。 波特率生成部分由時(shí)鐘輸入選擇與分頻、波特率發(fā)生 器、調(diào)整器、波特率寄存器等組成。 圖 異步串口的時(shí)序圖 圖 MSP430系列芯片硬件串口框圖。 本系統(tǒng)采用MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)接口的轉(zhuǎn)換 。 圖 K9F1G08 引腳圖 其功能框圖如 圖 所示。 智能拷回操作 178。 命令寄存器操作 178。 硬件數(shù)據(jù)保護(hù) – 編程 /擦除鎖定在電源轉(zhuǎn)換 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 41 頁 178。 快速 寫周期時(shí)間 – 編程 時(shí)間： 200μs（典型值 ） – 塊擦除時(shí)間： 2ms（典型值 ） 178。 自動(dòng)編程和擦除 – 頁的程序： （ 2K+64） 字節(jié) – 塊擦除： （ 128K+4 K） 字節(jié) 178。 電壓 – （ K9F1G08R0A）： ～ – （ K9F1G08U0A） ： ～ 178。 其特點(diǎn) [16]如下。 NAND 的擦除單元更小 ， 相應(yīng)的擦除電路更少。 大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。 NAND 的 4ms 擦除速度遠(yuǎn)比 NOR 的 5s 快。 NOR 的讀速度比 NAND 稍快一些 。 NAND 的寫入速度比 NOR 快很多 。 NOR 的讀速度比 NAND 稍快一些 。這樣 ， 當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí) ， 設(shè)計(jì)師 必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。 由于擦除 NOR器件時(shí)是以 64～ 128KB 的塊進(jìn)行的 ， 執(zhí)行一個(gè)寫入 /擦除操作的時(shí)間為 5s， 與此相反 ， 擦除 NAND 器件是以 8～ 32KB 的塊進(jìn)行的 ， 執(zhí)行相同的操作最多只需要 4ms。 任何 Flash 器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行 ， 所以大多數(shù)情況下 ， 在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除 。它是在對(duì)被測(cè)對(duì)象無影響或影響在允許范圍的條件下，在被測(cè)體內(nèi) 置入微型數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)測(cè)試儀，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息的快速采集與記憶， 事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)測(cè)試信息的一種動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù) [15]。 Bootstrap Loader 其方框圖如 圖 所示。 欠電壓檢測(cè)器 178。 串行通訊接口 （ USART0） ， 具有異步 UART 或者同步 SPI 或者 I2C 接口 178。 片內(nèi)集成比較器 178。 帶有 三個(gè)捕捉 /比較寄存器的 16 位定時(shí)器 A 178。 具有內(nèi)部參考 電平 、采樣保持和自動(dòng)掃描特性的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 178。 16 位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu) ， 125ns 指令時(shí)間 周期 178。 五種省電模式 178。 低供電 電壓 范圍： ～ 178。 其 特點(diǎn) 如下。 此處選用 MSP430系列的 MSP430F1611，其主要性能參數(shù)如下 [13， 14]。 表 各模式功耗 2） 主控器 單片機(jī)作為電路的核心部分，對(duì)整機(jī)性能有重要影響。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 41 頁 圖 MMA8453Q 引腳圖 其原理框圖如 圖 所示。 和 60176。 瞬態(tài) /震動(dòng)檢測(cè)基于高通濾波器和可設(shè)置閾值的檢測(cè)加速度 變化，上述 閾值 定向信息 1 通 道 178。 單 /雙 向沖擊 定向信息 1 通 道 178。 額外的低噪音模式 ， 獨(dú)立 運(yùn)作 的 更高分辨率的過 采樣模式 178。 8 位或 10 位數(shù)據(jù) 178。 電流消耗： 6μ A～ 165μ A 178。 自檢 功能 178。 內(nèi)置帶有滯回補(bǔ)償?shù)?方向（縱向或 橫向 ）檢測(cè) 功能 178。 2 個(gè) 可編程中斷引腳 ， 六個(gè)中斷源 178。 分辨率 178。 10 位和 8 位數(shù)字輸出 178。 數(shù)據(jù) 輸出 率 ： 到 800Hz 178。 4g/177。 可供選擇的動(dòng)態(tài)量程： 177。 供電電壓范圍： ～ 178。 其 特點(diǎn) [12]如下。隨著近年來大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，加速度傳感器也逐漸向集成化、低功耗的方向發(fā)展 [11]。 圖 記錄儀總體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)芯片原理介紹 1） 傳感器 加速度傳感器是一種非常重要的檢測(cè)器件。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的系統(tǒng)，首先要有總體的設(shè)計(jì)思路，要明確被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，然后再根據(jù)測(cè)試對(duì)象的具體功能要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體方案，其中包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與測(cè)試方案設(shè)計(jì)。 4） 硬件電路設(shè)計(jì)與制作好后，需要對(duì)其進(jìn)行編程，以控制主控器對(duì)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)的 操作。 2）在總體方案的基礎(chǔ)上對(duì)加速度傳感器、控制器、存儲(chǔ)器進(jìn)行選型 。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 41 頁 本課題完成的工作及研究?jī)?nèi)容 以 Freescale高集成度三軸加速度傳感器 MMA8453Q為傳感器 ， 以 TI公司低功耗處理MSP430F1611為控制核心 ， 以 Flash型存儲(chǔ)器 K9F1G為大容量存儲(chǔ)設(shè)備的低功耗加 速度信號(hào)記錄儀的軟硬件設(shè)計(jì)方案 ， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維加速度信號(hào)的動(dòng)態(tài)采集 ， 并 將加速度信號(hào)以文件的形式存儲(chǔ)在 存儲(chǔ) 卡中 , 便于上位機(jī)的讀取和進(jìn)一步分析 。 智能記錄儀作為微處理機(jī)技術(shù)、超大容量存貯器和圖形液晶顯示技術(shù)相結(jié)合的新一代記錄儀．它具有非常明顯的特點(diǎn)： 可靠性高， 無需日常維護(hù)，功能多樣性，性能價(jià)格比高。 200的單色液晶圖形屏作為顯示器，允許四個(gè)通遭標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，也具有棒狀圖顯示、數(shù)字顯示和歷史趨勢(shì)顯示三大功能。 H＆ B 公司 Datavis A 無紙記錄儀，采用 72179。 144mm 標(biāo)準(zhǔn)尺寸，帶有與 PC 完全兼容的 英寸磁盤驅(qū)動(dòng)器，便于把表內(nèi)數(shù)據(jù)通過磁盤轉(zhuǎn)存或保存，它能存儲(chǔ)一天至 640天的工作數(shù)據(jù) (與記錄間隔有關(guān) )，具有四個(gè)通道棒狀圖、數(shù)字顯示和中程趨勢(shì)曲線顯示功能，通過軟件組態(tài)選擇記錄儀的工作方式。 在 1992 年前后，國外不少公司推出了無紙記錄儀，其中較有代表性的有德國哈特曼勞恩公司 (H＆ B)的 Datavis A 無紙記錄儀和英國 Panny＆ Giles Teletrend 公司的無紙記錄儀。 進(jìn)入 90 年代以后，我國成功研制開發(fā)生產(chǎn)出了全智能無紙記錄儀，它以微處理器(CPU)為核心，以大容量存儲(chǔ)芯片 (SRAM)為存儲(chǔ)載體，采用液晶屏 (LCD)為顯示界面，具有實(shí)時(shí)單通道、棒圈、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、單通道實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)等信息豐富的顯示畫面，以及時(shí)間與通道頁面與記錄間隔，各通道信息、通信信息等靈活方便的組態(tài)功能，同時(shí)還配備了同微機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口及中文 WINDOWS 界面上的上位機(jī)管理軟件，徹底解決了機(jī)械式記錄儀在使用中存在 的問題 [7]。歸納其應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：振動(dòng)檢測(cè)、姿態(tài)控制、安防報(bào)警、消費(fèi)應(yīng)用、動(dòng)作識(shí)別、狀態(tài)記錄等。汽車防撞氣囊的啟動(dòng)也可以由MEMS 加速度計(jì)控制。 另外一個(gè)用處就是目前的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，用 MEMS 加速度計(jì)來檢測(cè)拍攝時(shí)候手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚集。 目前最新 IBM Thinkpad 手提電腦里就內(nèi)置了 MEMS 加速度計(jì)，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的 保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤損害，最大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。 2） MEMS 加速度計(jì)的應(yīng)用 通過測(cè)量由于重力引起的加速度，可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的傾斜角度。由于采用了微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，使得其尺寸大小縮小，一個(gè) MEMS 加速度計(jì)只有指甲蓋的幾分之一大小。 MEMS器件在當(dāng)今 汽車應(yīng)用電子（如防撞安全氣囊感應(yīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)各種壓力傳感器 ） 以及計(jì)算機(jī)外設(shè) （ 如噴墨打印機(jī)的噴墨頭、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭 ）等方面得到廣泛應(yīng)用 [6]。 MEMS利用表層蝕刻技術(shù) ,可實(shí)現(xiàn)宏觀意義上的機(jī)械三維結(jié)構(gòu) ， 使元器件生產(chǎn)小型化成為可能。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 41 頁 加速度 計(jì)及加速度 記錄儀 的 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r MEMS 加速度計(jì)的原理及應(yīng)用 1） MEMS 加速度計(jì) MEMS(Micro Electro Mechanical System) 是一項(xiàng)有著廣泛應(yīng)用前景的應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)。 其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于： （ 1）輸出的是諧振頻率信號(hào)，可與數(shù)字電路及計(jì)算機(jī)直接接口，省去 A/D 轉(zhuǎn)化，處理電路； （ 2） 頻率信號(hào)有很 高的抗干擾能力和穩(wěn)定性，且在傳輸過程中不易產(chǎn)生失真誤差，功耗低；（ 3）靈敏度高，精度高，穩(wěn)定性和可靠性好。 隧道式微加速度傳感器 利用電子勢(shì)壘隧道效應(yīng)，把輸入的加速度轉(zhuǎn)換為質(zhì)量塊的相對(duì)位移，再通過隧道效應(yīng)將位移量轉(zhuǎn)換為隧道電流的變化，最后用檢測(cè)電路測(cè)出這個(gè)電流變化量而獲得相應(yīng)的加速度的大小 [3]。 電容式微機(jī)械加速度傳感器是通過可動(dòng)質(zhì)量塊感應(yīng)加速度，利用平行板電容將質(zhì)量塊的相對(duì)位移轉(zhuǎn)換為電容的變化，再通過檢測(cè)電路將電容的微小變化轉(zhuǎn)換為與其成正比的電壓的變化 [3]。