三轴加速度传感器设计

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1、中北大学 课程设计说明书 2013/2014 学年第 2 学期 学学 院院： 专专 业业： 学学 生生 姓姓 名名：学学 号：号： 课课程程设设计计题题目目 ： 三轴加速度传感器设计 起起 迄迄 日日 期期 : : 课课程程设设计计地地点点 : : 指指 导导 教教 师师 : : 专专 业业 负负 责责 人：人： 下达任务书日期: 2014 年 6 月 13 日 目目 录录 1、课程设计目 的1 2、课程设计内容和要 求1 2、1 设计要 求1 2.2、设计要 求1 3、设计方案及实现情 况1 3.1、设计思 路1 3.2、工作原理及框 图1 3.3、主要电路模块的使 用2 3.4、实物结果

2、图6 4、课程设计总 结7 5、参考文 献7 6、附 录8 附录 1 原理图8 附录 2 PCB 版图9 附录 3 C 语言代码10 1 1、课程设计目的、课程设计目的 综合应用模电、数电、微机原理、单片机原理、传感器原理及应用和专业 知识，通过理论与实践相结合，掌握所学知识的综合应用方法，培养和提高解 决本专业实际工程问题的能力。 2、课程设计内容和要求、课程设计内容和要求 2、1 设计要求：设计要求： 1. 文献检索和综述； 2. 掌握三轴加速度传感器的工作原理； 3. 画出传感器装配结构图；用 protel 绘制原理图； 4. 所写说明书格式规范，内容完整； 5. 参加答辩。 2.2、设

3、计、设计内容：内容： 1. 设计传感器整体结构； 4. 以 ADXL345 三轴加速度计为模型，设计测量电路，给出电路元件参数； 5. 基于单片机的采集与显示电路方案设计； 6. 用 ADXL345 搭建测试系统，仿真实验处理结果。 3、设计方案及实现情况、设计方案及实现情况 3.1、设计思路、设计思路 根据题目要求，首先要对传感器整体结构进行设计，以满足 ADXL345 三 轴加速度计运行的环境；其次，选择合适的通信方式使单片机与传感器能正常 通信传输数据；最后，对单片机外围结构进行设计，使单片机能正常工作，编 写合适的 C 语言程序，使传感器传输的数据能够在外围器件上显示出来。 3.2、工

4、作原理及框图、工作原理及框图 （1）工作原理 ADXL345 三轴加速度计能够将三个方向的加速度 g 储存在其内部寄存其 中，所以，通过适当控制指令以及与单片机通信，就可将其传输到单片机中， 2 然后对其进行编译。显示模块这里使用的是 LCD1602,编译后的数据传送到与 2 LCD1602 相连的 I/O 口，通过读写指令就可显示出数据。每当 ADXL345 三轴 加速度计记录数据发生变化时，就更新 LCD1602 中显示的数据，这样就达到了 基于单片机的采集与显示电路的设计。 （2）系统框图 图 1 系统框图 3.3、主要电路模块的使用、主要电路模块的使用 （1）ADXL345 电源模块

5、由于 ADXL345 使用的是 3.3V 供电电源，所以要对 5V 输入电源就行转化， 这里使用的是 RT9161 电源芯片，比 1117 更低的压降,更快的负载相应速度， 非常适合高噪声电源环境。如图 2，当输入电压为 5V 时，输出为 3.3V,电路中 所接的电容起滤波的作用。 图 2 RT9161 电源模块 （2）ADXL345 加速度计模块 ADXL345 是一款小而薄的超低功耗 3 轴加速度计，分辨率高（13）位，测量范 围达16g。数字输出数据为 16 位二进制补码格式，可通过 SPI 或数字接口 2 访问。它可以在倾斜测量应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击 ADXL3

6、45 采集数据 单片机编 译 1602 显示 单片机通 信 3 导致的动态加速度。其高分辨率，能够测量不到 1.0的倾斜角变化。 图 3 ADXL345 引脚图 表 1 引脚功能表 在本实验中，如图 4，使用的是 SPI 通信，采用 3 线连接，片选接地， SDIO 和 SCLK 与单片机相连进行通信。ADXL345 4 图 4 SPI 通信接口 表 2 存储数据所在寄存器地址 如图 5 为本实验中 ADXL345 加速度计的原理图示意。 图 5 ADXL345 原理图 （3）单片机模块 在本实验中，使用到单片机的功能很少，因此，单片机工作在最小模块下。 5 图 6 晶振模块 图 7 复位模块

7、 图 8 单片机引脚连接图 （4）LCD1602 显示模块 点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每 行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点 组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内 容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角 显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示 一条短亮线；当（000H）=FF

8、H， （001H）=00H， （002H） =00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 6 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。 表 3 LCD1602 管脚功能 在此处，LCD1602 的 8 个数据引脚需要上拉电阻来限制电流，同时 3 引脚可以接一 个电位器用来调节显示屏背光亮度。 图 9LCD1602 原理图 3.4、实物结果图、实物结果图 由于在众多仿真软件中，没有 ADXL345 加速度计的模型，同时为了体现 出 ADXL345 与 MCU 通信的过程，所以并不能用串行通信软件代替，所以此处 通过，实物演示来例

9、证。 7 图 10 实物结果图 4、课程设计总结、课程设计总结 经过为期三周的课程设计，我对 C 语言有了更加深刻的认识。在编写程序 的时候，我才发现能看懂程序和能自己写程序是两个完全不同的概念，自己一 开始写程序时，即便是一个很简单的功能模块，在编译时也可能产生很多错误， 在不断的改错过程中，自己对 C 语言的语法结构有了深刻的理解，对编译过程 中常见的错误也有了全面的认识。通过这三周的课程设计，我在熟悉了 EDA-V 实验箱的操作同时，也学到了很多在学习课本知识时所体会不到的东西。 最初拿到课程设计任务书时，感觉每个模块都在做实验时用过，心想只要 把各个模块组合到一起就可以实现系统功能了，

10、但结果其实不然；同时，通过 实际动手连接元件，更加加深了我对 ADXL345 的深刻认识。 完成此次设计后，我不仅能对 PROTEUS 仿真软件熟练操作，能达到学以 致用，同时还掌握了 ADXL345 和 LCD1602 的工作原理。经过这一过程，我发 现平常的学习在注重理论知识的掌握同时，要加强实验环节，只有通过不断地 实践，我们才能把知识掌握的更牢固，理解的更透彻。 5、参考文献、参考文献 1Creed Huddleston 著，张鼎 译.智能传感器设计.人民邮电出版社，2009 2松井邦彦 著.传感器实用电路设计与制作. 北京：科学出版社，2005 3范茂军主编.互联网与传感器技术. 北

11、京：机械工业出版社，2012 4刘爱华、满宝元主编.传感器原理与应用技术.北京：人民邮电出版社， 8 2010 5张宪主编.传感器与测控电路.北京：化学工业出版社，2011 附录附录 1、原理图、原理图 9 附图 1 ADXL345 与单片机原理图 2、PCB 版图版图 10 附图 2 PCB 版图 3、C 语言代码语言代码 11 #include #include /Keil library #include /Keil library #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define DataPor

12、t P0 /LCD1602 数据端口 sbit SCL=P10; /IIC 时钟引脚定义 sbit SDA=P11; /IIC 数据引脚定义 sbit LCM_RS=P20; /LCD1602 命令端口 sbit LCM_RW=P21; /LCD1602 命令端口 sbit LCM_EN=P22; /LCD1602 命令端口 #define SlaveAddress 0xA6 /定义器件在 IIC 总线中的从地址,根据 ALT ADDRESS 地址引脚不同修改 /ALT ADDRESS 引脚接地时地址为 0xA6，接电源时地址为 0x3A typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned short WORD; BYTE BUF8; /接收数据缓存区 uchar ge,shi,bai,qian,wan; /显示变量 int dis_data; /变量 void delay(unsigned int k); void InitLcd(); /初始化 lc