三轴加速度传感器设计.docx
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三轴加速度传感器设计
中北大学
课程设计说明书
2013/2014学年第2学期
学院：
专业：
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
三轴加速度传感器设计
起迄日期:
课程设计地点:
指导教师:
专业负责人：
下达任务书日期:
2014年6月13日
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2PCB版图········································································9
附录3C语言代码···································································10
1、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
2、1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、设计内容：
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
3.1、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，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
（1）ADXL345电源模块
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2RT9161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3ADXL345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
图4SPI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5ADXL345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。
图6晶振模块图7复位模块
图8单片机引脚连接图
（4）LCD1602显示模块
点阵图形式液晶由M×N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16×8=128个点组成，屏上64×16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000H——00FH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）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8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3LCD1602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
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，实物演示来例证。
图10实物结果图
4、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，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
[1]CreedHuddleston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，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
1、原理图
附图1ADXL345与单片机原理图
2、PCB版图
附图2PCB版图
3、C语言代码
#include
#include//Keillibrary
#include//Keillibrary
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineDataPortP0//LCD1602数据端口
sbitSCL=P1^0;//IIC时钟引脚定义
sbitSDA=P1^1;//IIC数据引脚定义
sbitLCM_RS=P2^0;//LCD1602命令端口
sbitLCM_RW=P2^1;//LCD1602命令端口
sbitLCM_EN=P2^2;//LCD1602命令端口
#defineSlaveAddress0xA6//定义器件在IIC总线中的从地址,根据ALTADDRESS地址引脚不同修改
//ALTADDRESS引脚接地时地址为0xA6，接电源时地址为0x3A
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedshortWORD;
BYTEBUF[8];//接收数据缓存区
ucharge,shi,bai,qian,wan;//显示变量
intdis_data;//变量
voiddelay（unsignedintk）;
voidInitLcd（）;//初始化lcd1602
voidInit_ADXL345（void）;//初始化ADXL345
voidWriteDataLCM（uchardataW）;
voidWriteCommandLCM（ucharCMD,ucharAttribc）;
voidDisplayOneChar（ucharX,ucharY,ucharDData）;
voidconversion（uinttemp_data）;
voidSingle_Write_ADXL345（ucharREG_Address,ucharREG_data）;//单个写入数据
ucharSingle_Read_ADXL345（ucharREG_Address）;//单个读取内部寄存器数据
voidMultiple_Read_ADXL345（）;//连续的读取内部寄存器数据
//------------------------------------
voidDelay5us（）;
voidDelay5ms（）;
voidADXL345_Start（）;
voidADXL345_Stop（）;
voidADXL345_SendACK（bitack）;
bitADXL345_RecvACK（）;
voidADXL345_SendByte（BYTEdat）;
BYTEADXL345_RecvByte（）;
voidADXL345_ReadPage（）;
voidADXL345_WritePage（）;
//-----------------------------------
//*********************************************************
voidconversion（uinttemp_data）
{
wan=temp_data/10000+0x30;
temp_data=temp_data%10000;//取余运算
qian=temp_data/1000+0x30;
temp_data=temp_data%1000;//取余运算
bai=temp_data/100+0x30;
temp_data=temp_data%100;//取余运算
shi=temp_data/10+0x30;
temp_data=temp_data%10;//取余运算
ge=temp_data+0x30;
}
/*******************************/
voiddelay（unsignedintk）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j<121;j++）
{;}}
}
/*******************************/
voidWaitForEnable（void）
{
voidWaitForEnable（void）
{
DataPort=0xff;
LCM_RS=0;LCM_RW=1;_nop_（）;
LCM_EN=1;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
while（DataPort&0x80）;
LCM_EN=0;_nop_（）;_nop_（）;
}
/*******************************/
voidWriteCommandLCM（ucharCMD,ucharAttribc）
{
if（Attribc）WaitForEnable（）;
LCM_RS=0;LCM_RW=0;_nop_（）;
DataPort=CMD;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
LCM_EN=1;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;LCM_EN=0;
/*******************************/
voidWriteDataLCM（uchardataW）
{
WaitForEnable（）;
LCM_RS=1;LCM_RW=0;_nop_（）;
DataPort=dataW;_nop_（）;
LCM_EN=1;_
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
LCM_EN=0;
}
/***********************************/
voidInitLcd（）
{
WriteCommandLCM（0x38,1）;
WriteCommandLCM（0x08,1）;
WriteCommandLCM（0x01,1）;
WriteCommandLCM（0x06,1）;
WriteCommandLCM（0x0c,1）;
}
/***********************************/
voidDisplayOneChar（ucharX,ucharY,ucharDData）
{
Y&=1;
X&=15;
if（Y）X|=0x40;
X|=0x80;
WriteCommandLCM（X,0）;
WriteDataLCM（DData）;
}
/**************************************
延时5微秒
**************************************/
voidDelay5us（）
{
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
}
/**************************************
延时5毫秒
**************************************/
voidDelay5ms（）
{
WORDn=560;
while（n--）;
}
/**************************************
起始信号
**************************************/
voidADXL345_Start（）
{
SDA=1;//拉高数据线
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SDA=0;//产生下降沿
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
}
/**************************************
停止信号
**************************************/
voidADXL345_Stop（）
{
SDA=0;//拉低数据线
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SDA=1;//产生上升沿
Delay5us（）;//延时
}
/**************************************
发送应答信号
入口参数:
ack（0:
ACK1:
NAK）
**************************************/
voidADXL345_SendACK（bitack）
{
SDA=ack;//写应答信号
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
/**************************************
接收应答信号
**************************************/
bitADXL345_RecvACK（）
{
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
CY=SDA;//读应答信号
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
returnCY;
}
/**************************************
向IIC总线发送一个字节数据
**************************************/
voidADXL345_SendByte（BYTEdat）
{
BYTEi;
for（i=0;i<8;i++）//8位计数器
{
dat<<=1;//移出数据的最高位
SDA=CY;//送数据口
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
ADXL345_RecvACK（）;
}
/**************************************
从IIC总线接收一个字节数据
**************************************/
BYTEADXL345_RecvByte（）
{
BYTEi;
BYTEdat=0;
SDA=1;//使能内部上拉,准备读取数据,
for（i=0;i<8;i++）//8位计数器
{
dat<<=1;
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
dat|=SDA;//读数据
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
returndat;
}
//******单字节写入*******************************************
voidSingle_Write_ADXL345（ucharREG_Address,ucharREG_data）
{
ADXL345_Start（）;//起始信号
ADXL345_SendByte（SlaveAddress）;//发送设备地址+写信号
ADXL345_SendByte（REG_Address）;//内部寄存器地址，
ADXL345_SendByte（REG_data）;//内部寄存器数据，ADXL345_Stop（）;//发送停止信号
}
//********单字节读取*****************************************
ucharSingle_Read_ADXL345（ucharREG_Address）
{ucharREG_data;
ADXL345_Start（）;//起始信号
ADXL345_SendByte（SlaveAddress）;//发送设备地址+写信号
ADXL345_SendByte（REG_Address）;//发送存储单元地址，从0开始
ADXL345_Start（）;//起始信号
ADXL345_SendByte（SlaveAddress+1）;//发送设备地址+读信号
REG_data=ADXL345_RecvByte（）;//读出寄存器数据
ADXL345_SendACK
（1）;
ADXL345_Stop（）;//停止信号
returnREG_data;
}
//*********************************************************
//
//连续读出ADXL345内部加速度数据，地址范围0x32~0x37
//
//*********************************************************
voidMultiple
升级会员 