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

目录

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、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，

ADXL34单片机1602显

单片机

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

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。

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