基于DSP的数字式MEMS加速度传感器的设计与应用

2013-09-06 15:25 来源:电源网 作者:蒲公英

引言

加速度传感器一直是振动测试中的重要元件。ADXL203加速度计是美国模拟器件(AD)公司的新型单芯片双轴传感器,测量范围是1.7g.可以承受3500g振动冲击。相对于传统的加速度计,他的成本比较低,性能好,功耗低。此外,该加速度计可以同时测量两个垂直方向的加速度,适用于静态和动态的加速度测量。

测量原理

ADXL203采用先进的MEMS技术,由一个利用表面微机械加工的多晶体硅机构和一个差动电容器组成。在加速度的作用下,多晶体硅结构会产生偏移,于是就会拉动电容的运动极板滑动是电容值发生变化,最终导致输出方波的变化,利用这个原理,就可以通过查动电容检测到加速度的变化,加速度与输出方波成正比。

应用要点

ADXL203可以测量静态加速度,也可以测量动态加速度,其最小带宽为0.5Hz,最大带宽可以达到2500Hz。

在设计时,首先要确定北侧加速度频率范围,然后再设定滤波器的参数。尽量使滤波器的带宽略高于被测频率,这样做不仅有利于滤除高频干扰,也有利于降低系统噪声干扰。

因此要选择合适的带宽,如果一味提高通频带宽将会给测量带来更多的噪音,降低测量精度。

实际应用

在加速度测量研究中,我们采用了TI公司生产的TMS320LF2407 DSP信号处理器来进行处理。这里首先介绍一下2407的特点与性能。

1 TMS320LF2407的硬件特点。

采用了采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,减少了功耗;基于TMS320C2xx DSP的CPU核,保证与TMS320系列DSP代码兼容;片内有高达32K字的单口RAM(SARAM);两个事件管理器模块EVA和EVB,适用于控制各类电机;看门狗定时模块(WDT);控制局域网络(CAN)2.0B模块;串行通信接口(SCI)模块;16位的串行外设接口(SPI)模块;JTAG接口,使得在系统编程(ISP)很容易实现;10位A/D转换器最小的转换时间为500ns,可选择由两个事件管理器来触发2个8通道输入 A/D转换器或1个16通道输入A/D转换器,而每次要转换的通道都可通过编程来选择。需要说明的是,TMS320LF2407 DSP是丁点16位芯片,存储数据的最小单位是16位的字,每个地址(包括程序地址,数据地址及I/O地址)所存的数据都是16位。

2 软件环境。

TMS320C2407 DSP提供两种编程语言:汇编语言和C语言。两种语言各有所长:用C语言开发DSP芯片,开发速度快,可读性好,可移植性强;而用汇编语言开发DSP芯片,则能充分利用DSP芯片的软硬件资源,程序代码的执行效率高。在开发过程中几乎不可避免的要使用C语言和汇编语言的混合编程。如果源程序为C语言,需调用TMS320C2xx DSP的C编译器将其编译成汇编语言,然后送汇编器进行汇编。汇编后产生COFF格式的目标文件,再用链接器进行链接(链接过程包括将编译器的运行支持库相关代码链接进来以及代码段和数据段的重定位),生成在TMS320C2xx DSP上可执行的COFF格式的目标代码,并调用下载程序将目标代码下载到目标芯片上。

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加速度传感器 DSP芯片

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