MMA845x應(yīng)用手冊AN4070翻譯

1、AN4070 MMA8451, 2, 3Q在運動和自由落體檢測中的應(yīng)用 MMA8451, 2, 3Q在運動和自由落體檢測中的應(yīng)用AN4070 Motion and Freefall Detection Using the MMA8451, 2, 3Qby: Kimberly Tuck Applications Engineer 翻譯：沨 1.0 摘要MMA8451, 2, 3Q 內(nèi)置了運動和/或自由落體檢測功能以及非常靈活的中斷配置方案。運動檢測經(jīng)常被用于簡單的提醒主處理器移動設(shè)備目前正在使用。這可以通過運動檢測功能和/或飛思卡爾應(yīng)用筆記AN4071中描述的沖擊檢測功能來完成。沖擊檢測功能，可

2、以選擇禁用高通濾波器，以達(dá)到與運動檢測完全一樣的效果。這就為用戶提供了兩個用于運動檢測的獨立可編程中斷，如果需要的話。運動和自由落體檢測是一個芯片內(nèi)部集成的功能，使用中斷機制，可以節(jié)省整個系統(tǒng)的功耗。此功能在移動/傾斜閾值或自由落體事件發(fā)生時喚醒主處理器時。嵌入式的運動檢測功能允許用戶啟用和禁用不同的軸。當(dāng)事件發(fā)生時，將以正或負(fù)加速度值給出的事件的方向為。結(jié)果：此功能避免了系統(tǒng)處理器連續(xù)讀取XYZ數(shù)據(jù)并且不斷運行的軟件算法與閾值數(shù)據(jù)進行比較。1.1關(guān)鍵詞運動檢測，自由落體，中斷，沖擊檢測，加速，翻滾，反跳，嵌入式，傾斜，配置寄存器，DBCN TM位，閾值，傳感器1.2 小結(jié)A.有兩個內(nèi)置的用來

3、檢測運動或線性自由落體檢的測功能，這兩功能可以被配置到兩個中斷引腳，使得傳感器可以檢測許多的組合事件，以滿足許多不同應(yīng)用場合的需求。例如：內(nèi)置的運動/自由落體檢測可以通過檢測一個信道的線性自由落體運動以及另一信道上的自旋來檢測傾倒。B.自由落體/運動檢測狀態(tài)寄存器只有在狀態(tài)發(fā)生變化時需要讀取。C.采用這一功能，可以減少微控制器或處理器的工作量，因為判斷狀態(tài)在傳感器內(nèi)部進行。處理器不需要輪詢XYZ寄存器并讀取數(shù)據(jù)來檢測事件。D.閾值和去抖計數(shù)器在激活模式或待機模式中都是可變的，以允許從喚醒已轉(zhuǎn)換到睡眠模式后作出所需的調(diào)整。E.運動檢測不同于瞬態(tài)檢測。運動檢測可以被一個靜態(tài)的加速度值的變化觸發(fā)例如

4、傾斜。一旦HPF被繞過，瞬態(tài)檢測的功能類似于移動檢測。F.鎖存器將保持狀態(tài)寄存器的值，直到狀態(tài)寄存器的值被讀取才清除中斷。2.0 MMA8451, 2, 3Q 商業(yè)級 3軸加速度計 3 x 3 x 1 mmMMA8451, 2, 3Q 有±2g, ±4g, ±8g三種可選的動態(tài)范圍，8種不同的數(shù)據(jù)輸出速率，可選擇的高通濾波器截止頻率。不同的型號有不同的內(nèi)置功能以及數(shù)據(jù)。注：MMA8450Q具有不同的存儲器映射，具有略微不同的引腳輸出配置。2.1所有產(chǎn)品的輸出數(shù)據(jù)，采樣率和動態(tài)范圍2.1.1 MMA8451Q 1. 14-bit 數(shù)據(jù)2g (4096 counts/

5、g = 0.25 mg/LSB) 4g (2048 counts/g = 0.5 mg/LSB) 8g (1024 counts/g = 1 mg/LSB)2. 8-bit 數(shù)據(jù) 2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g (32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)3. 集成的32樣本FIFO (MMA8451Q)2.1.2 MMA8452Q 1. 12-bit 數(shù)據(jù)2g (1024 counts/g = 1 mg/LSB) 4g (512 counts/g = 2 mg/LSB) 8g (25

6、6 counts/g = 3.9 mg/LSB)2. 8-bit 數(shù)據(jù)2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g (32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)2.1.3 MMA8453Q 注:無HPF數(shù)據(jù)1. 10-bit 數(shù)據(jù)2g (256 counts/g = 3.9 mg/LSB) 4g (128 counts/g = 7.8 mg/LSB) 8g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB)2. 8-bit 數(shù)據(jù)2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g

7、(32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)2.2 MMA8451, 2, 3Q的應(yīng)用說明下面是有關(guān)MMA8451, 2, 3Q的所有應(yīng)用筆記AN4068，使用MMA8451, 2, 3Q實現(xiàn)嵌入式的方向檢測AN4069，MMA8451, 2, 3Q的失調(diào)校準(zhǔn)AN4070，使用MMA8451, 2, 3Q實現(xiàn)運動和自由落體檢測AN4071，使用MMA8451, 2, 3Q的高通濾波功能AN4072，MMA8451, 2, 3Q單/雙和定向敲擊檢測AN4073，使用MMA8451Q的32樣本先進先出（FIFO）堆棧AN40

8、74，使用MMA8451, 2, 3Q的自動喚醒/休眠功能AN4075，有多少位數(shù)據(jù)才夠？使用過采樣模式實現(xiàn)高分辨率和低功耗之間的權(quán)衡AN4076，數(shù)據(jù)操作和MMA8451, 2, 3Q的基本設(shè)置AN4077，MMA8451, 2, 3Q的設(shè)計清單和電路板安裝指南3.0 MMA8451, 2, 3Q加速度計在運動檢測和自由落體檢測方面的應(yīng)用有許多應(yīng)用程序可能使用運動和/或自由落體。例如：更簡單的運動手勢簽名（傾斜閾值，一般的動作，線性自由落體人體運動監(jiān)測（自由落體和運動的具體參數(shù)）防盜門上的檢測（檢測沖擊或傾斜的變化）沖擊檢測和運動檢測跟蹤資產(chǎn)（超過閾值）物體跌落的風(fēng)險：硬盤驅(qū)動器（線性自由落

9、體和運動）現(xiàn)場儀器檢測數(shù)米以上的的大運動量/下降（傾斜閾值變化）3.1自由落體檢測MMA8451，2，3Q的自由落體檢測功能檢測到X、Y和Z軸低于設(shè)定的閾值時判定為線性自由落體。通常情況下，這一系列閾值低于0.35g。雖然自由落體常常被認(rèn)為是線性的，這在許多例子中往往并不是完全正確的。許多跌落有傾倒的過程，從而使跌落的物體在下落過程中發(fā)生滾轉(zhuǎn)。以下是用于確定下落時間或下落距離的運動學(xué)方程。通過積分加速度，可以得到速度。然后解算位置，需要第二次積分。（積分加速度以得到速度方程）（積分速度以得到位置）求解時間（假定初始條件為等于零）。表1. 計算自由落體運動的距離和時間基于表1，可以基于跌落距離估

10、算跌落時間，反之亦然。在設(shè)計自由落體保護算法時，應(yīng)當(dāng)考慮一般的下降高度或高度范圍。然后，系統(tǒng)偵測到自由下落運動所需時間，以及實現(xiàn)保護機制所需的時間，都必須加以考慮。自由落體算法的最低是120毫秒應(yīng)當(dāng)考慮自由落體條件得到滿足，被認(rèn)為是一個線性自由落體運動，而不是一個錯誤觸發(fā)。3.2運動檢測運動檢測可以用于提醒該設(shè)備已超過一個特定的加速度。此事件可能是由于傾斜或由于直線運動的加速度超過一個值，如圖2所示。圖2?；趦A斜或線性加速的運動檢測運動檢測功能可用于檢測翻滾。圖3所示的翻滾的特點。在翻滾運動的過程中三個軸的幅度遠(yuǎn)大于0克。例如，為了檢測翻滾，運動檢測條件必須被設(shè)置為X或Y或Z>2克來檢

11、測。同樣重要的是去抖計數(shù)器設(shè)置到約100毫秒，以避免錯誤的讀數(shù)。去抖計數(shù)器的作用就像一個過濾器，以確定是否存在的條件為100毫秒或更長的時間。圖3。翻轉(zhuǎn)自由落體運動的信號3.3線性自由落體和旋轉(zhuǎn)自由落體信號圖4顯示了一個線性自由落體和旋轉(zhuǎn)自由落體的信號。兩者是需要設(shè)置不同檢測的跌落事件。為了兩者兼顧，可以采用芯片內(nèi)嵌的運動/自由落體夠捕捉線性自由落體運動，同時用瞬態(tài)檢測功能捕捉旋轉(zhuǎn)自由落體運動。每個功能可以被配置到相同的中斷引腳或配置到獨立的中斷引腳。圖4. 展示線性自由落體和旋轉(zhuǎn)自由落體的跌落瞬間4.0自由落體運動/功能寄存器設(shè)置共有四（4）個與運動/自由落體功能相關(guān)的寄存器。1。寄存器0x

12、15 FF/ MT配置 - 運動/自由落體配置2。寄存器0x17 FF_MT_THS - 設(shè)置閾值3。寄存器0x18 FF_MT_COUNT - 設(shè)置去抖計數(shù)器4。寄存器0x16 FF_MT_SRC - 運動/自由落體來源的檢測可用于運動/自由落體的所有的寄存器的完整列表，請參閱表12。4.1寄存器0x15：FF/ MT配置 - 配置寄存器如表2所示，第一寄存器是運動/自由落體配置的寄存器。這一寄存器確定哪些軸被允許并應(yīng)用以下三個條件：1。將涉及哪些軸，2。該事件是否將是一個線性自由落體運動，3。檢測到的事件是否應(yīng)該被鎖存到源寄存器。表2。寄存器0x15：FF/ MT配置 - 配置寄存器（讀/

13、寫）及描述4.1.1配置MMA8451，2，3Q用于運動檢測運動檢測ELE= 0，OAE= 1在這種模式下，EA位表示去抖計數(shù)器時間到達(dá)后的一個運動事件。 XEFE， YEFE 和ZEFE控制位決定將在哪些軸向做運動檢測。一旦EA位被設(shè)置，而且 DBCNTM= 0時，由FF_MT_COUNT指定的延遲后EA位才可以得到清除。如果DBCNTM= 1，高g運動條件消失后EA位既被清除。位YEFE ZEFE和/或XEFE置為有效時，事件標(biāo)志位ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了運動檢測狀態(tài)（即，高g事件）沒有任何去抖。讀FF_MT_SRC寄存器不清除任何標(biāo)志，也不復(fù)位去抖計數(shù)器。運動

14、檢測與ELE= 1，OAE=1在這種模式下，EA位表示一個運動事件取反。 XEFE，YEFE ZEFE控制位決定在哪些軸向應(yīng)用運動檢測功能。一旦去抖計數(shù)器達(dá)到閾值，EA位被設(shè)置并保持設(shè)置，直到FF_MT_SRC寄存器被讀取。當(dāng)FF_MT_SRC寄存器被讀取后，所有寄存器位被清除，去抖計數(shù)器清零，延遲FF_MT_CNT指定的時間后才能產(chǎn)生一個新的事件。如果位EA是零，那設(shè)置相應(yīng)的位ZEFE，YEFE，和/或XEFE，事件標(biāo)志ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了運動檢測狀態(tài)（即高g事件）沒有任何去抖。EA位被設(shè)置時，這些位保持其當(dāng)前值，直到FF_MT_SRC寄存器被讀取表3. 運動

15、檢測例1：X或Y>3G。例程: IIC_RegWrite(0x15, 0xD8); /Enable Latch, Motion, X-axis, Y-axis4.1.2配置MMA8451，2，3Q做自由落體檢測自由落體檢測ELE= 0，OAE=0在這種模式下，EA位（0x16位7）表示計數(shù)器去抖后的自由落體事件。YEFE ZEFE，XEFE控制位確定應(yīng)用自由落體檢測功能的軸。一旦EA位被設(shè)置，而且 DBCNTM= 0時，由FF_MT_COUNT指定的延遲后EA位才可以得到清除。如果DBCNTM= 1，高g運動條件消失后EA位既被清除，并且在由FF_MT_COUNT指定的延遲后才成重新設(shè)置

16、。閱讀FF_MT_SRC寄存器不清除EA位。讀FF_MT_SRC寄存器不清除EA標(biāo)志位。位YEFE ZEFE和/或XEFE置為有效時，事件標(biāo)志位(0x16)ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了運動檢測狀態(tài)（即，高g事件）沒有任何去抖。自由落體檢測ELE= 1，OAE=0在這種模式下，EA位表示計數(shù)器去抖后的自由落體事件。一旦去抖計數(shù)器值達(dá)到設(shè)定的閾值時間，EA位被設(shè)置并且保持，直到FF_MT_SRC 寄存器被讀取。當(dāng)?shù)腇F_MT_SRC寄存器被讀取后，EA位和去抖計數(shù)器被清零，并且在由FF_MT_COUNT指定的延遲后才能產(chǎn)生新事件。YEFE ZEFE，XEFE控制位確定應(yīng)用自

17、由落體檢測功能的軸的。當(dāng)EA=0時，若位YEFE ZEFE和/或XEFE置為有效，事件標(biāo)志位(0x16)ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了運動檢測狀態(tài)（即，高g事件）沒有任何去抖。事件標(biāo)志ZHE，ZHP ，YHE，YHP，XHE，XHP在EA事件位被置位時被鎖定。FF_MT_SRC寄存器被讀取后，事件標(biāo)志ZHE，ZHP ，YHE，YHP，XHE，XHP才開始改變。表4。自由落體例1：X和Y 和Z <0.2克4.2寄存器0x17 FF_MT_THS寄存器（讀/寫） - 設(shè)置閾值如表5所示寄存器0x17為事件設(shè)置閾值。閾值寄存器具有計數(shù)范圍為0127。閾值最低分辨率為0.0

18、63g/LSB的。最大值是8g，即使?jié)M刻度值設(shè)置為2G或4G。表5。寄存器0x17 FF_MT_THS_Register（讀/寫）注意事項：對于運動檢測條件>閾值（圖5）對于自由落體條件是<閾值（圖5）所有閾值是絕對值。圖5。自由落體條件在圖6中從圖中可以最好地理解該DCNTM位。默認(rèn)值是計數(shù)器是遞增/遞減模式。圖6。DBCNTM位功能4.2.1例：設(shè)置運動檢測的閾值運動檢測例1：X或Y>3g該設(shè)備可以在2g，4g或8g模式。步進值為0.063計數(shù)/ g與滿量程無關(guān)。3g/0.063g/count= 48計數(shù)。注意：無論是在激活模式或待機模式閾值是可以改變的。這對于事件發(fā)生后

19、調(diào)整閾值是十分有用的。DBCNTM位將保持清零。示例代碼：IIC_RegWrite（0X17，0X30）;/ /設(shè)置閾值為484.2.2例子：設(shè)置自由落體檢測閾值自由落體例1：X and Y and Z <0.2g在這個例子中，該設(shè)備可以是2g，4g，或8g模式。步數(shù)是0.063g/count。 0.2g/0.063g/count= 3個字。對于這個例子DBCNTM的位將保持清零以過濾掉虛假的噪音。示例代碼：IIC_RegWrite（0X17，0X03）;/ /設(shè)置閾值為34.3寄存器0x18 FF_MT_COUNT寄存器（讀/寫） - 設(shè)置防抖動計數(shù)器表6中所示的地址為0x18的寄存器

20、是一個8位的計數(shù)器，用于低通濾波。表6。 寄存器0x18 FF_MT_COUNT_（讀/寫）用于去抖采樣的時間步長取決于所選擇的ODR。ODR與寄存器設(shè)置的關(guān)系見表7。請注意，MMA8451，2，3Q有4種不同的過采樣模式。有正常模式，低功耗和低噪音模式，高分辨率模式和低功耗模式。最低功耗模式消耗的功率最低。高分辨率模式消耗的功率也最高。對于不同的過采樣模式及其用途的更多詳細(xì)信息，請參閱飛思卡爾應(yīng)用筆記AN4075。表7。FF_MT_COUNT_1與ODR的關(guān)系在“正常模式”中，將FF_MT_COUNT值設(shè)置為10將得到ODR100赫茲,最低去抖響應(yīng)時間為100ms。注：在主動或待機模式中都可

21、以改變?nèi)ザ队嫈?shù)器。這在設(shè)備從喚醒模式到睡眠模式轉(zhuǎn)換時是可取的，因為ODR可能變化。這將改變?nèi)ザ队嫈?shù)器的定時。示例代碼：IIC_RegWrite（0X18，0X0A）/ /100毫秒去抖時間4.4寄存器0x16 FF_MT_SRC寄存器（只讀） - 運動/自由落體檢測來源寄存器此寄存器跟蹤加速事件的觸發(fā)（或已觸發(fā)，在FF_MT_CFG寄存器ELE位被設(shè)置為1的情況下）的事件標(biāo)志。特別是FF_MT_CFG寄存器中加速度事件標(biāo)志邏輯組合為真，EA設(shè)置為邏輯1時。此位與INT_EN_FF_MT及 INT_CFG_FF_MT寄存器位中的值組合使用，以產(chǎn)生自由落體/運動中斷。當(dāng)X或Y或Z通道加速度值超過F

22、F_MT_THS寄存器預(yù)設(shè)定義的閾值，X，Y或Z高事件為真。因為有可能ELE=1，X，Y或Z高事件去抖期間出現(xiàn)或消失，位XHE，XHP，YHE，YHP，ZHE和ZPE能代表去抖計數(shù)器達(dá)到寄存器FF_MT_COUNT定義的閾值。相反，X和Y和Z通道的加速度值低于或等于FF_MT_THS寄存器預(yù)先設(shè)定的閾值，X，Y和Z為低事件有效。讀取這個寄存器將清除FF_MT_SRC寄存器，同時如果ELE位被置位，將允許刷新FF_MT_SRC寄存器數(shù)據(jù)。如果ELE位清零為邏輯'0'，F(xiàn)F_MT_SRC寄存器的所有位在FF_MT_SRC寄存器顯示事件標(biāo)志的實時狀態(tài)。注：ZHP，YHP和XHP的都是

23、極性或方向狀態(tài)位。這些位不管是否已檢測到該事件都將會更新。表8。運動/自由落體檢測來源寄存器檢測的事件（只讀）和圖例5.0配置運動/自由落體中斷引腳為了將系統(tǒng)設(shè)置為鏈接到一個硬件中斷引腳，系統(tǒng)中斷（Bit 2在Reg 0X2D）必須置位。 MMA8451，2，3Q允許七（7）種單獨類型的中斷。其中之一（1）是運動/自由落體。例如，配置運動/自由落體功能，應(yīng)遵循以下兩個步驟。步驟1：設(shè)置中斷寄存器地址0X2D中的Bit 2位,如表9所示。表9。0X2D CTRL_REG4寄存器（讀/寫） - 中斷允許描述和聯(lián)系相應(yīng)的中斷使能位允許運動/自由落體中斷路由事件檢測標(biāo)志到微控器的中斷控制器。中斷控制器

24、配置已啟用的中斷功能到INT1或INT2引腳。要啟用自由落體/運動功能，設(shè)置寄存器0X2D的Bit 2位如下：示例代碼：IIC_RegWrite（0X2D,0x04）;步驟2：分配中斷到INT1或INT2。這是通過設(shè)置表10中所示的寄存器0x2E來完成的。表10中. 0X2E CTRL_REG5寄存器（讀/寫）注意：要設(shè)置運動/自由落體中斷到INT1寄存器0x2E的Bit 2位。示例代碼：IIC_RegWrite（0X2E,0x04）;5.1讀取系統(tǒng)中斷狀態(tài)來源寄存器于表11所示的中斷源寄存器中，可確定各種嵌入式功能的狀態(tài)。設(shè)置的位（邏輯'1'）表示該功能已產(chǎn)生中斷，反之，被清

25、除的位（邏輯'0'）表示的功能還沒有產(chǎn)生或消除了中斷。所有中斷都是上升沿有效。這些位通過由低到高的跳變來設(shè)置，并通過讀取相應(yīng)的中斷源寄存器來清除。表11。 0X0C INT_SOURCE：系統(tǒng)中斷狀態(tài)寄存器（只讀）6.0配置MMA8451，2，3Q運動/自由落體檢測的詳情表12中列出了配置MMA8451，2，3Q的運動檢測或自由落體檢測的重要寄存器。表12。運動/自由落體檢測的重要寄存器設(shè)置6.1配置運動檢測的步驟實例X or Y > 3g 使用 MFF 功能 4g, 100 Hz ODR, 普通模式第1步：使器件進入待機模式：寄存器0x2A CTRL_REG1IIC_R

26、egWrite（0X2A，0X18）;/ /將設(shè)備設(shè)置為100赫茲ODR，待機第2步：設(shè)置配置寄存器通過設(shè)置“或”條件OAE=1，使能X，Y方向運動檢測和鎖存IIC_RegWrite（0X15,0xD8）步驟3：設(shè)定移動偵測閾值>3g 注：步數(shù)0.063g/計數(shù)3g/0.063g= 47.6/ /四舍五入到48IIC_RegWrite（0X17，0X30）步驟4：設(shè)置去抖計數(shù)器100 Hz采樣率，計時器100毫秒,以消除虛假讀數(shù)。注：100 ms/10ms（步進）=10計數(shù)IIC_RegWrite（0X18,0X0A）;步驟5：啟用系統(tǒng)中的運動/自由落體中斷功能（CTRL_REG4）IIC_R