【摘要】：介紹了一種新型的加速度傳感器ADXL203。具體分析了該傳感器的性能與工作原理，并且通過TI公司的TMS320LF2407DSP實現了輸出信號的處理和分析。設計了三軸的加速度的測量，進而確定物體運動的位移與軌跡。 一、引言 加速度傳感器一直是振動測試中的重要元件。ADXL203加速度計是美國模擬器件（AD）公司的新型單芯片雙軸傳感器，測量范圍是±1.7g.可以承受3500g振動沖擊。相對于傳統的加速度計，他的成本比較低，性能好，功耗低。此外，該加速度計可以同時測量兩個垂直方向的加速度，適用于靜態和動態的加速度測量。 二、測量原理 ADXL203采用先進的MEMS技術，由一個利用表面微機械加工的多晶體硅機構和一個差動電容器組成。在加速度的作用下，多晶體硅結構會產生偏移，于是就會拉動電容的運動極板滑動是電容值發生變化，最終導致輸出方波的變化，利用這個原理，就可以通過查動電容檢測到加速度的變化，加速度與輸出方波成正比。 三、應用要點 ADXL203可以測量靜態加速度，也可以測量動態加速度，其最小帶寬為0.5Hz，最大帶寬可以達到2500Hz，其滿足下面的關系式：帶寬=式中：R[sub]f[/sub]為集成在芯片內部為32kΩ的電阻，C[sub]f[/sub]為濾波器電容，在設計時，首先要確定北側加速度頻率范圍，然后再設定濾波器的參數。盡量使濾波器的帶寬略高于被測頻率，這樣做不僅有利于濾除高頻干擾，也有利于降低系統噪聲干擾。因為ADXL203固有噪聲與帶寬的關系如下：因此要選擇合適的帶寬，如果一味提高通頻帶寬將會給測量帶來更多的噪音，降低測量精度。 四、實際應用 在加速度測量研究中，我們采用了TI公司生產的TMS320LF2407 DSP信號處理器來進行處理。這里首先介紹一下2407的特點與性能。 1、TMS320LF2407的硬件特點 采用了采用高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，減少了功耗；基于TMS320C2xx DSP的CPU核，保證與TMS320系列DSP代碼兼容；片內有高達32K字的單口RAM（SARAM）；兩個事件管理器模塊EVA和EVB，適用于控制各類電機；看門狗定時模塊（WDT）；控制局域網絡（CAN）2.0B模塊；串行通信接口（SCI）模塊；16位的串行外設接口（SPI）模塊；JTAG接口，使得在系統編程（ISP）很容易實現；10位A/D轉換器最小的轉換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發2個8通道輸入A/D轉換器或1個16通道輸入A/D轉換器，而每次要轉換的通道都可通過編程來選擇。需要說明的是，TMS320LF2407 DSP是丁點16位芯片，存儲數據的最小單位是16位的字，每個地址（包括程序地址，數據地址及I/O地址）所存的數據都是16位。 2、軟件環境 TMS320C2407 DSP提供兩種編程語言：匯編語言和C語言。兩種語言各有所長：用C語言開發DSP芯片，開發速度快，可讀性好，可移植性強；而用匯編語言開發DSP芯片，則能充分利用DSP芯片的軟硬件資源，程序代碼的執行效率高。在開發過程中幾乎不可避免的要使用C語言和匯編語言的混合編程。如果源程序為C語言，需調用TMS320C2xx DSP的C編譯器將其編譯成匯編語言，然后送匯編器進行匯編。匯編后產生COFF格式的目標文件，再用鏈接器進行鏈接（鏈接過程包括將編譯器的運行支持庫相關代碼鏈接進來以及代碼段和數據段的重定位），生成在TMS320C2xx DSP上可執行的COFF格式的目標代碼，并調用下載程序將目標代碼下載到目標芯片上。 3、系統設計 系統設計包括：變成邏輯器件接口，數字量擴展單元，傳感器信號產生單元，A/D轉換單元，電源管理模塊（提供5V，3.3V）和數據存儲器等，將TMS320LF2407的資源全部引出。 系統主要模塊如下： 1.DSP控制單元。包括晶振，RAM，電源模塊，和相應的數據輸出接口。根據DSP的實驗板電路作出相應的改動，然后就可以與傳感器單元連接了。連接完畢，接入仿真器與電腦對接，進行程序的調試。 2.傳感器信號輸出單元。包括ADXL203，AD8341 A/D轉換器，運放電路。傳感器電路分為兩個相同的組成部分，測量三個方向的加速度。使用的是AD公司生產的MEMS傳感器ADXL203，和由TI公司生產的A/D轉換器ADS8341。傳感器輸出的模擬信號送入A/D轉換器，然后送入DSP的SPI口進行處理。板子的輸入電源由一個5V電源提供，在輸入之前，用電容進行濾波以提高精度，減少毛刺。盡量減少對傳感器的影響。 4、系統軟件 CCS的設置與使用。運行Code Composer Studio Setup 軟件，在Processor Configuration窗中，在Available Processor 中選擇TMS320C24X，然后，點擊Add Single；對話框右邊出現CPU_1圖標，將板卡的I/O值修改為0X378。點擊Finish，關閉Code Composer Studio Setup程序，選擇保存。Code Composer Studio 就設置完畢。 一個DSP應用軟件的標準開發，需要經歷下列步驟：用文本編輯器（Editor）編輯滿足匯編器（Assembler）格式要求的匯編源程序；調用匯編器匯編該源文件，如果源文件中調用了宏，匯編器還會到宏庫中搜索該宏；匯編之后生成格式為公共目標文件格式（COFF，Common Object File Format）的目標文件（.obj），稱為COFF目標文件；調用鏈接器（Linker）鏈接目標文件，如果包含了運行支持庫和目標文件庫，鏈接器還會到所保護的庫中搜索所需的成員；鏈接之后生成可執行的COFF執行文件（.out）將COFF執行文件下載到DSP中執行。同時也可借助調試工具（Debugging Tool）對程序進行跟蹤調試或優化，也可利用交叉參考列表器（Cross-reference Lister）和絕對列表器（Absolute Lister）生成一些包含調試信息的表。 TI公司在其系列芯片上設置了符合IEEE1149標準的JTAG（Joint Action Group）標準測試接口及相應的控制器，從而不但能控制和觀察多處理器系統中的每一個處理器的運行，測試每一塊芯片，還可以用這個接口來裝入程序。用37芯扁平電纜使計算機通過并行口或轉接卡與SEED-SDSPP仿真盒相連，再用14芯JTAG接口線連接到用戶DSP目標板。 在PCB電路設計好后，程序先將JTAG的控制指令通過TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再通過TDI將要寫的數據及控制線信號輸入到BSR（邊界掃描寄存器）中，并將數據鎖存到BSC（邊界掃描單元）中，此后BSC的內容送到其連接的相應芯片的引腳! 因芯片的數據線、地址線及控制線的引腳上都有其相應的BSC，只要用JTAG指令將數據、地址及控制信號送到其BSC中，就對芯片內的寄存器進行讀寫，通過BSC對應的引腳，不但可以將信號送給發Flash，實現對Flash的操作，也可以對SDRAM進行操作。 五、結束語 應用上述的設計方法及其要點，通過反復調試實現了對加速度的測量，達到了預期目的。實踐證明ADXL203非常適合頻率變化較為緩慢、加速度不太大的測量。在充分考慮各種因素的基礎上，合理設置有關參數，就可以得到很好的精度。而在用DSP處理信號的時候，時鐘信號的選擇與A/D的頻率周期非常吻合，可以高效的追蹤信號，及時地處理信號，準確地反映當前物體的位移變化，達到了很好的效果。