1、礦井生產(chǎn)安全檢測的測斜儀系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨鉆測斜儀是鉆斜井、鉆定向井時，測量其井身軌跡的專用儀器。20世紀(jì)90年代以來，各類巖土工程對鉆孔孔斜精度的要求越來越高，早期研制和生產(chǎn)的各種鉆孔測斜儀大多數(shù)不能適應(yīng)新的市場需求，因此，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理的測斜儀紛紛被淘汰，新型結(jié)構(gòu)原理的測斜儀不斷涌現(xiàn)。本文從測斜儀的系統(tǒng)組成和工作原理出發(fā)，結(jié)合基于51系列單片機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)原理及過程，重點(diǎn)研究了井下測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該測斜儀的井下測試系統(tǒng)采用Atmel公司89S52單片機(jī)為處理器核心，ADXL330和L3G462A三軸傳感器為測斜器件，使用AD590溫度傳感器，MPX4115為壓力傳感器，ICL7135為A/

2、D轉(zhuǎn)換器件，并采用多路開關(guān)選通八路傳感器通道，通過RS485總線與地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。 在數(shù)字電路系統(tǒng)迅速發(fā)展的今天，51系列單片機(jī)仍然以其不斷加強(qiáng)的新系列以及超強(qiáng)的性價比發(fā)揮著重要的作用。單片機(jī)穩(wěn)定性強(qiáng)，能適應(yīng)野外惡劣的自然環(huán)境，適合處理運(yùn)算量不是很大的控制系統(tǒng)，開發(fā)周期短，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展。故本系統(tǒng)采用單片機(jī)提供了一個低成本，高效率的測斜儀實(shí)現(xiàn)方案，并于實(shí)際使用當(dāng)中取得了良好的結(jié)果。關(guān)鍵詞：測斜儀，51單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集AbstractInclinometer is deviated drilling, drilling directional wells, measured wellb

3、ore trajectory special instruments. Since the 1990s, various geotechnical drill hole deviation for the increasingly high demand precision, early development and production of various borehole inclinometer most adapt to the new market demands, therefore, the traditional structural principles inclinom

4、eter have been eliminated, new structural principle inclinometer emerging. This article from the inclinometer system composition and working principle, combined with a system based on 51 MCU development principles and processes, focus on the underground test system hardware and software design. The

5、downhole inclinometer test system using Atmel 89S52 microcontroller processor core, ADXL330 and L3G462A axis inclinometer sensor devices, using AD590 temperature sensor, MPX4115 as pressure sensors, ICL7135 for the A / D conversion devices and multi-way switch strobe eight sensor channels, through t

6、he RS485 bus to communicate with the ground control system. In the digital circuitry rapid development of today, 51 series still continue to strengthen its new series as well as superior cost plays an important role. SCM stability, able to adapt to the wild harsh natural environment, suitable for ha

7、ndling computing is not a great control system, short development cycle, the system is easy to maintain and extend. Therefore, the system uses the MCU provides a low-cost, high-efficiency inclinometer implementations, and in actual use of them achieved good results.Keywords:Inclinometer,51 microproc

8、essor, Data collection1 緒論11 研究背景及其目的意義鉆孔測斜儀是鉆斜井、定向井時，測量其井身軌跡的專用儀器，主要用來測量鉆井過程中各點(diǎn)的傾斜角、方位角和工具面角等。它是目前國內(nèi)外在巖體土建工程中應(yīng)用最廣泛的一種精密的檢測儀器，可用以觀測土石壩、堤防、土體邊坡、建筑物基坑、地下建筑工程土體內(nèi)部以及鐵路、港口、公路、水利、高層建筑等基地內(nèi)部層面的傾斜角度變化和水平位移變化29。山西省具有豐富的礦產(chǎn)資源，特別是煤炭產(chǎn)業(yè)是我省的支柱產(chǎn)業(yè)，安全生產(chǎn)一直是困擾煤炭生產(chǎn)的一大難題5。鉆孔測斜儀是鉆斜井、鉆定向井時，測量其井身軌跡的專用儀器。20世紀(jì)90年代以來，各類巖土工程對鉆孔孔

9、斜精度的要求越來越高，早期研制和生產(chǎn)的各種鉆孔測斜儀大多數(shù)不能適應(yīng)新的市場需求，因此，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理的測斜儀紛紛被淘汰，新型結(jié)構(gòu)原理的測斜儀不斷涌現(xiàn)。它是目前國內(nèi)外在巖體土建工程中應(yīng)用最廣泛的一種精密的檢測儀器，可用以觀測土石壩、堤防、土體邊坡、建筑物基坑、地下建筑工程土體內(nèi)部以及鐵路、港口、公路、水利、高層建筑等基地內(nèi)部層面的傾斜角度變化和水平位移變化圈。在煤層地質(zhì)異常體探測（如斷層）與采前瓦斯抽采、煤礦井下定向鉆進(jìn)施工作業(yè)中，難免會發(fā)生鉆孔偏斜和偏離設(shè)計位置，如果不能實(shí)時精確確定鉆孔姿態(tài)和位置信息，會給施工帶來很大的盲目性而容易導(dǎo)致鉆孔報廢，鉆孔事故頻繁或其它安全事故的發(fā)生6。迫切要求礦井施

10、工中能夠?qū)崟r、精確地掌握鉆孔的位置信息，以避免安全事故的發(fā)生。測斜儀系統(tǒng)設(shè)計的完成，對我省的礦產(chǎn)資源開發(fā)，特別是煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)測有重大的社會意義。測斜儀該成果還可應(yīng)在油田生產(chǎn)、礦產(chǎn)勘探、井下找孔、舊井及老井的二次開發(fā)等領(lǐng)域中，為我國的礦產(chǎn)資源生產(chǎn)帶來了極大的安全保障，提高了不可再生資源有效利用率，具有重大的社會價值11。12 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀先進(jìn)國家在設(shè)計鉆孔測斜儀時采用加速度計和磁通門研制成功的鉆孔測斜儀產(chǎn)品極為廣泛普遍。而在采用新型陀螺發(fā)展鉆孔測斜技術(shù)方面，美國采用了雙軸加速度計的電動調(diào)諧的雙軸速率陀螺和撓性陀螺，提高了陀螺測斜儀的性能3。這些新型陀螺具有可以減少漂移、提高精度、不需要地面對

11、準(zhǔn)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)4。我國鉆孔傾斜儀的研究起步較晚，一些重要工程所急需的鉆孔傾斜儀，都是從國外進(jìn)口。面向礦井生產(chǎn)安全監(jiān)測的隨鉆測量和定位問題一直以來是困擾業(yè)界的一項(xiàng)技術(shù)難題，目前市面上隨鉆測斜系統(tǒng)主要有采用慣性導(dǎo)航技術(shù)和磁測技術(shù)兩大類。國外公司的導(dǎo)向定位儀器實(shí)現(xiàn)了鉆頭姿態(tài)參數(shù)的測量以及鉆頭的定位與定深，但價格昂貴、操作復(fù)雜、過于依賴操作人員等不足，有的還存在這樣或那樣的使用限制，無法有效滿足地下自動定向鉆進(jìn)測量的要求。通過對其文獻(xiàn)的研究和儀器的具體分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)都是在某一方面致力于解決工程問題，對隨鉆測量方法和定位技術(shù)并沒有從理論上進(jìn)行系統(tǒng)的研究，已有的測量方法還不成熟、不完善，精度和誤差等因素也沒

12、有進(jìn)行深入的探討，得出指導(dǎo)性的結(jié)論9。我國的煤田測井始于 1954年，經(jīng)過近六十年的發(fā)展，測井技術(shù)經(jīng)歷了從模擬測井到數(shù)字測井、數(shù)控測井、成像測井的發(fā)展歷程，特別是隨鉆測井技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為煤田地質(zhì)勘探不可缺少的勘探手段。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和新材料等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測井方法和技術(shù)裝備不斷完善，測井解決地質(zhì)問題的能力越來越強(qiáng)7。20世紀(jì)80年代，南京水利科學(xué)院和南京自動化設(shè)備廠等一些單位研制成功了電阻應(yīng)變片式鉆孔傾斜儀;1986年航天部33所與北京水科院聯(lián)合研制成功伺服加速度計式鉆孔傾斜儀，正式定型為CX一01型數(shù)字顯示測斜儀，在國內(nèi)使用廣泛;隨后航天部702所開發(fā)研究成功5512

13、型滑動式測斜儀(伺服加速度計式);冶金工業(yè)部武漢勘察研究院研制成功CX一56型高精度鉆孔測斜儀(液體泡光電式);為解決測斜管扭轉(zhuǎn)問題，1990年中國水科院儀表研究所研制成功了CN型測扭儀。到90年代，很多廠家已生產(chǎn)出多種類型用于土工測試的傾斜儀。目前在滑坡監(jiān)測領(lǐng)域，國內(nèi)外深部位移監(jiān)測設(shè)計孔深多在80m以內(nèi)，銷售的儀器也多配以5080m電纜，采用人工提拉、有纜測量。但是，在孔深超過80m，甚至達(dá)300多米，有纜人工提拉測量受到先天制約15。目前，測斜儀的在測斜技術(shù)上取得了一些最新進(jìn)展，隨著微位移檢測技術(shù)的發(fā)展和對地殼形變觀測儀器要求的不斷提高，短基線傾斜儀的研究也取得了很大的進(jìn)展，新的測量原理和

14、新的結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷涌現(xiàn)。這里面比較有代表性的研究成果有折疊擺傾斜儀、激光傾斜儀以及二維垂直擺傾斜儀等8。從研究方面看，高精度傾斜儀的發(fā)展方向主要集中在以下幾個方面:1、追求儀器的小型化、實(shí)用化，拓寬儀器的安裝場所，方便傾斜儀的使用。2、盡可能拓展儀器測量頻帶，監(jiān)測不同頻段地面傾斜運(yùn)動，以獲取豐富的地傾斜信息。3、實(shí)現(xiàn)傾斜儀的數(shù)字化29。傾斜儀的數(shù)字化是新一代地殼形變觀測儀器的顯著特點(diǎn)，很多地震臺站不僅要求新型傾斜儀具有數(shù)字化功能，而且不斷對已有的傾斜儀進(jìn)行數(shù)字化改造。4、改進(jìn)儀器靈敏度標(biāo)定方法和對比不同傾斜儀器的觀測結(jié)果。高精度傾斜儀觀測精度的提高除了與儀器、使用環(huán)境和設(shè)備管理等密切相關(guān)以外，在

15、很大程度取決于其自身靈敏度標(biāo)定的準(zhǔn)確性。傾斜儀靈敏度標(biāo)定工作是研究的重要方面之一，尤其是避免中間環(huán)節(jié)不確定性的直接標(biāo)定法28。13 該課題主要研究內(nèi)容本設(shè)計要求采用加速度計和陀螺儀研制測斜儀系統(tǒng)，用于解決礦井鉆孔施工中實(shí)時精確掌握鉆孔姿態(tài)和位置測量的難題。本設(shè)計面向礦井生產(chǎn)安全監(jiān)測領(lǐng)域，主要應(yīng)用在礦井施工、煤礦井下定向鉆進(jìn)、石油測井，避免礦井鉆孔事故發(fā)生。設(shè)計主要是測斜儀地下采集部分的設(shè)計30。本課題主要研究內(nèi)容：1、學(xué)習(xí)測斜儀系統(tǒng)原理及測井方法，完成面向礦井生產(chǎn)安全監(jiān)測的測斜儀系統(tǒng)設(shè)計；2、對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析；3、完成系統(tǒng)硬件電路原理圖設(shè)計、PCB版圖等；2 測斜儀的整體方案設(shè)計21

16、 測斜儀的測斜原理2.1.1 測斜原理將三軸MEMS加速度計和陀螺儀沿鉆具的基本軸線安裝，就構(gòu)成基于以鉆具為載體的MEMS陀螺隨鉆測量系統(tǒng)，如圖 1 所示。圖 2.1基于三軸MEMS陀螺儀和加速度計的隨鉆測斜系統(tǒng)礦井鉆孔施工中，鉆具不僅可以沿三個坐標(biāo)軸平動，亦可以沿三個坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動。三軸加速度計實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的平移運(yùn)動，輸出沿鉆具三個坐標(biāo)軸的比力信息： （2.1）而三軸陀螺儀實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，輸出沿鉆具三個坐標(biāo)軸的角速度信息： （2.2）于是，鉆具隨鉆測量系統(tǒng)就可以視為基于地下鉆具這個特殊載體的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，剩下的關(guān)鍵問題在于如何通過加速度計和陀螺儀的測量輸出解算出鉆具的姿態(tài)。基于MEM

17、S加速度計和陀螺儀的隨鉆測量系統(tǒng)的解算過程如圖 2.2所示。通過解算不僅可以得到方位角、傾角和面向角等姿態(tài)信息，而且能夠得到鉆孔位置信息實(shí)現(xiàn)定位。針對隨鉆測量系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，我們對解算過程作進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。考慮到鉆具在地層中鉆進(jìn)時速率很小，由速度變化引起的加速度可以忽略，可以認(rèn)為加速度計僅僅受地球重力的影響。根據(jù)慣性導(dǎo)航基本方程： (2.3)載體靜止，則有： (2.4)所以：由上式可解出：傾角： (2.5) 面向角： (2.6)又由: (2.7)載體靜止時: (2.8)可得到: (2.9) (2.10)由上式(2.10)可解出： 方位角： (2.11)所以，根據(jù)三軸MEMS加速度計和三軸ME

18、MS陀螺儀測量值可由公式（2.5）、（2.6）和（2.11）解出方位角 、傾角(頂角為)和面向角，完成姿態(tài)的解算。鉆孔軌跡一般是由直線或曲線段組成的空間曲線，對其的描述可分為設(shè)計鉆孔軌跡、實(shí)際鉆孔軌跡和與實(shí)際近似的繪制鉆孔軌跡。其中，實(shí)際鉆孔軌跡是指施工時鉆頭沿孔底破碎面中心移動時形成的點(diǎn)的實(shí)際幾何軌跡。為了正確地描述鉆孔軌跡，空間每個測點(diǎn)上需要測量的對象包括三項(xiàng)，即該點(diǎn)處的孔深、頂角（或傾角）和方位角，這些也被稱為鉆孔軌跡的基本要素。直觀起見，我們在常用的地理坐標(biāo)系中對其進(jìn)行描述，如圖 4所示。其中，O代表開孔點(diǎn)，X軸代表北向（N），Y軸代表東向（E），Z軸代表垂向（D），路徑OABC為實(shí)際

19、的鉆孔軌跡，而 A、B、C分別為測點(diǎn) A、B、C 在水平面的投影。下面以 A 點(diǎn)為例，給出各基本要素的具體定義。圖2.2 鉆孔軌跡的基本要素孔深：測點(diǎn)處的鉆孔深度，分為斜深和垂深兩種，前者是指孔口到測點(diǎn)的鉆孔曲線實(shí)長，通常由鉆桿長度來衡量，圖中用LA表示，后者是指測點(diǎn)距地表的鉛垂距離，圖中用HA表示。頂角（傾角）：鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線與鉛垂線之間的夾角，如圖中A所示。而且該切線與鉛垂線相交確定一個平面，該平面叫做終點(diǎn)平面（或鉆孔彎曲平面）。可見，鉆孔頂角就在該平面內(nèi)，頂角的余角稱為鉆孔的傾角，用A表示。方位角：鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線在水平面的投影與北向之間的夾角，如圖中A 所示。假設(shè)鉆孔軌跡空間上第個測

20、點(diǎn)和第個測點(diǎn)的坐標(biāo)分別用和表示，測量得到的斜深、垂深、頂角和方位角分別用和表示，則這個測段內(nèi)的基本參數(shù)可表示如下： （2.12）上式（2.12）利用了兩測點(diǎn)間測段為直線且直線方向以前、后測點(diǎn)的平均方向?yàn)闇?zhǔn)的假設(shè)，根據(jù)這些要素，可以逐點(diǎn)計算出軌跡上任一點(diǎn)的空間坐標(biāo)。由于深度有斜深和垂深兩種表示方法，對應(yīng)的軌跡計算方式也有兩種。當(dāng)采用斜深L表示時，空間測點(diǎn)的三維坐標(biāo)遞推公式（2.13）為： （2.13）若是采用垂深H 表示，空間測點(diǎn)的坐標(biāo)遞推公式（2.14）為： （2.14）通過逐點(diǎn)遞推，就可得到各點(diǎn)的空間位置，進(jìn)而描繪出鉆孔三維可視化軌跡。就傳統(tǒng)的姿態(tài)解算算法，對大井斜角時測量精度比較高，但在小

21、井斜角測量時，存在方位角和滾轉(zhuǎn)角測量精度差，因此急需尋求一種適用于小角度井斜角測量的姿態(tài)解算算法。在表示陀螺測斜儀的姿態(tài)時，測斜儀系統(tǒng)采用北東地(NED)地理坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，用或表示，測斜儀坐標(biāo)系三軸分別指向載體的前部、右部和下部，用表示，其中、為加速度計和陀螺儀的敏感軸方向，井下測斜儀的姿態(tài)也就是井管的姿態(tài)。測斜儀的姿態(tài)所對應(yīng)的方位角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角所確定的導(dǎo)航坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系變換矩陣為： (2.15)姿態(tài)矩陣的定義為： (2.16)由矩陣元素之間的關(guān)系可推導(dǎo)得到： (2.17)在井斜角接近垂直測井時，利用式(2.17)提取姿態(tài)角，偏航角和滾動角會出現(xiàn)較大的提取誤差，偏航角和滾動角的姿

22、態(tài)提取公式中，、和也將同時趨于0，方位角和滾轉(zhuǎn)角的計算變得不確定，甚至根本無法正確分辨和。由矩陣元素之間的關(guān)系可推導(dǎo)得到： (2.18)因此由式（2.18）可得到方位角和滾轉(zhuǎn)角之間的另一種表示： (2.19)當(dāng)測井垂直時，俯仰角，式（14）姿態(tài)陣退化為： (2.20)此時，由姿態(tài)陣不能解算得到方位角和滾轉(zhuǎn)角，只能解算出的值，在姿態(tài)提取時，可以通過其它輔助測量方法，只要先確定方位角和滾轉(zhuǎn)角其中之一，再由式（2.19）就能計算出另一個姿態(tài)角值。測斜儀的方位角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角的隨時間的變化率與測斜儀載體坐標(biāo)系相對于地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動的角速度分量、和，它們之間的關(guān)系可表示為式（2.21）： (2.21)而

23、角速度分量的另一種表達(dá)方式（2.9）： (2.22)當(dāng)測斜儀采用靜態(tài)測斜的工作方式為零，或采用隨鉆測斜的工作方式時，因?yàn)殂@進(jìn)的速度很慢，可以近似為零處理。可由式（2.22）整理為式（2.23）： (2.23)則可推導(dǎo)得到式(2.23)： (2.24)式中和分別是地球自轉(zhuǎn)速率和緯度，當(dāng)方位的變化率很小時，由式（24）可近似得到下式： (2.25)而無論測斜儀任何工作情況下，對于俯仰角的提取，俯仰角的均可以按下式（2.17）提取，其提取的誤差主要取決于姿態(tài)變換陣的準(zhǔn)確度，判斷計算所得的仰角是否，若是，由此可初步判斷測井接近垂直狀態(tài)，利用安裝在測斜儀縱軸向的高精度陀螺儀的輸出按式(2.22)積分解算

24、出滾轉(zhuǎn)角，而方位角的提取按式（2.19）進(jìn)行解算。當(dāng)判斷不是小角度井斜角測量時，方位角和滾轉(zhuǎn)角可按下式（2.17）提取。2.1.2 傳感器選擇根據(jù)本設(shè)計測斜模型的原理，需要對X、Y、Z三軸的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，故本設(shè)計選用三軸加速度計ADXL330和三軸陀螺儀L3G462A作為傾角測量工具。通過測量加速度與角速度來計算出傾角，以便于完成安全監(jiān)測。22 測斜儀的總體設(shè)計方案在建立了測斜儀的數(shù)學(xué)模型，并選定測試數(shù)學(xué)參數(shù)的傳感器之后，就需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)而鎮(zhèn)密的系統(tǒng)設(shè)計，包括系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。2.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案測斜儀的整個硬件系統(tǒng)包括井下儀器部分和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩個部分。本設(shè)計的只涉及

25、井下部分，需要完成數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲部分。整個系統(tǒng)硬件原理框圖如下圖2.3。圖2.3系統(tǒng)硬件原理框圖本系統(tǒng)中，井下儀器部分主要完成對傾斜角參數(shù)的精密測量，并使用微控制器把測得數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后傳遞到地面。采用三軸傳感器，測量方向?yàn)閄軸、Y軸、Z軸，相比以前的測斜儀更精確。這是一個典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)傳感器完成測量后，將數(shù)據(jù)傳入A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后再由單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 系統(tǒng)硬件離不開軟件的支持，只有軟件與硬件相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)測斜儀的功能。所以軟件主要是配合硬件完成數(shù)據(jù)采集、處理等功能。3 測斜儀的硬件設(shè)計31 測斜儀的總體架構(gòu)測斜儀是以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)

26、采集系統(tǒng)，三軸加速度計、三軸陀螺儀、溫度傳感器、壓力傳感器的八路信號送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后在單片機(jī)中進(jìn)行處理。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1：圖3.1硬件結(jié)構(gòu)圖32 測斜儀的硬件系統(tǒng)的器件選擇在器件選擇方面單片機(jī)選擇AT89S52，AD轉(zhuǎn)換器選擇ICL7135，溫度傳感器選擇AD590，壓力傳感器選擇MPX4115，三軸加速度計選擇ADXL330，三軸陀螺儀選擇L3G462A。由于測斜儀需要在地下1000米以下工作所以需要適應(yīng)溫度與壓強(qiáng)。根據(jù)地溫梯度，地層每加深100米，溫度升高3°C，假設(shè)地上溫度是25，則1000米以下是50以上。每下降10米壓強(qiáng)增大100Pa,則1000米大約

27、增大10000Pa，地下1000米大約是100000Pa。在選擇陀螺儀、加速度計、溫度傳感器，壓力傳感器需要考慮這些因素30。3.2.1 控制核心AT89S52AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash

28、，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止【17】。圖3.2 AT89S52引腳圖 DIP封裝各引腳功能如下：P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳

29、用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。 此外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 在flash編程和校驗(yàn)時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能：P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出

30、P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用

31、 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。 在flash編程和校驗(yàn)時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)P3.6 WR(外

32、部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元

33、的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端

34、），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 看門狗定時器：WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT 由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機(jī)器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復(fù)

35、位（硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳一個高電平輸出。 WDT的使用：為了激活WDT，用戶必須向WDTRST寄存器（地址為0A6H的SFR）依次寫入01EH和0E1H。當(dāng)WDT激活后，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來避免WDT溢出。當(dāng)計數(shù)達(dá)到8191（1FFFH）時，13 位計數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一個機(jī)器周期WDT 都會增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST 寫入01EH 和0E1H（WDTRST 是只讀寄存器）。WDT計數(shù)器不能讀或?qū)憽．?dāng)WDT計數(shù)器溢出時，將給RST引腳產(chǎn)生一個

36、復(fù)位脈沖輸出，這個復(fù)位脈沖持續(xù)96個晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應(yīng)該在一定時間內(nèi)周期性寫入那部分代碼，以避免WDT復(fù)位【20】。掉電和空閑方式下的 WDT：在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復(fù)位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復(fù)位退出掉電模式后，用戶就應(yīng)該給WDT喂狗，就如同通常AT89S52 復(fù)位一樣。通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應(yīng)持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。為了防止WDT在中斷保持低電平的時候復(fù)位器件，WDT

37、 直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著WDT 應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)WDT不被溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前就復(fù)位WDT。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用來決定WDT是否繼續(xù)計數(shù)。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下，WDIDLE=0，WDT繼續(xù)計數(shù)。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)該建立一個定時器，定時離開待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機(jī)模式【22】。3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊ICL7135ICI7135是4位雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出±20000個數(shù)字量,有STB選通控制的BCD碼輸出,與微機(jī)接口十分方便.I

38、CL7135具有精度高(相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換),價格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關(guān),每個轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(zhǔn)(調(diào)零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準(zhǔn)電壓積分)和過零檢測四個階段組成,其中自校準(zhǔn)時間為10001個脈沖,正向積分時間為10000個脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過20001個脈沖).故設(shè)計者可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù),到反向積分為零時停止計數(shù).將計數(shù)的脈沖個數(shù)減10000,即得到對應(yīng)的模擬量.圖1給出了ICL7135時序,由圖可見,當(dāng)BUSY變高時開始正向積分,反向積分到零時BUSY變低,所以BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動/停止。MAx1M公司

39、生產(chǎn)的ICL7135便是這類A/D轉(zhuǎn)換器中之一，其數(shù)據(jù)以BCD碼格式輸出，很容易與LED、LCD、顯示器及CPU連接，因而成為首選。prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號   圖3.3  ICL7135時序prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號 prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號ICL7135為DIP28封裝,芯片引腳排列如圖2所示,

40、引腳功能及含義如下:圖3.4 ICL7135引腳圖prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號與供電及電源相關(guān)的引腳(共7腳)： prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-V:ICL7135負(fù)電源引入端,典型值-5V,極限值-9V;prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號+V:ICL7135正電源引入端,典型值+5V,極限值+6V;prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知

41、識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號DGND:數(shù)字地,ICL7135正,負(fù)電源的低電平基準(zhǔn);prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號REF:參考電壓輸入,REF的地為AGND引腳,典型值1V,輸出數(shù)字量=10000×(VIN/VREF);prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號AC:模擬地,典型應(yīng)用中,與DGND(數(shù)字地)"一點(diǎn)接地"prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)

42、-電子元器件符號INHI:模擬輸入正;prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號INLO:模擬輸入負(fù),當(dāng)模擬信號輸入為單端對地時,直接與AC相連.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳 (共12腳) ：prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號CLKIN:時鐘信號輸入.當(dāng)T=80ms時,fcp=125kHz,對50Hz工頻干擾有較大抑制能力,此時轉(zhuǎn)換速度為3次/s.極限值f

43、cp=1MHz時,轉(zhuǎn)換速度為25次/s.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號REFC+:外接參考電容正,典型值1F.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號REFC-:外接參考電容負(fù).prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號BUFFO:緩沖放大器輸出端,典型外接積分電阻.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號INTO:積

44、分器輸出端,典型外接積分電容.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號AZIN:自校零端.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號LOW: 欠量程信號輸出端,當(dāng)輸入信號小于量程范圍的10%時,該端輸出高電平.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號HIGH:過量程信號輸出端,當(dāng)輸入信號超過計數(shù)范圍(20001)時,該端輸出高電平.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本

45、知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號STOR:數(shù)據(jù)輸出選通信號(負(fù)脈沖),寬度為時鐘脈沖寬度的一半,每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時,該端輸出5個負(fù)脈沖,分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù)(5位),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號R/H:自動轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入.當(dāng)輸入高電平時;每隔40002個時鐘脈沖自動啟動下一次轉(zhuǎn)換;當(dāng)輸入為低電平時,轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個大于300ns的正脈沖,才能啟動下一次轉(zhuǎn)換.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參

46、數(shù)-電子元器件符號POL:極性信號輸出,高電平表示極性為正.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號BUSY:忙信號輸出,高電平有效.正向積分開始時自動變高,反向積分結(jié)束時自動變低.prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳(共9腳)：prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電

47、子元器件符號B8B1:BCD碼輸出.B8為高位,對應(yīng)BCD碼;prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號D5:萬位選通;prX838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號D4D1:千,百,十,個位選通.圖3.5 A/D轉(zhuǎn)換圖3.2.3 溫度傳感器AD590 AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 µA/K。片內(nèi)薄膜電阻

48、經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K (25°C)時輸出298.2 µA電流。AD590適用于150°C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測量外，還可用于分立器件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風(fēng)速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合受保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用。它提供高阻抗電流輸出

49、，對長線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達(dá)到數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用：輸出電流可以通過一個CMOS多路復(fù)用器切換，或者電源電壓可以通過一個邏輯門輸出切換。AD590符合本設(shè)計測斜儀的溫度測量要求。AD590的主要特性有：（1） AD590的測溫范圍為- 55+150；(2) AD590的電源電壓范圍為430 V，可以承受44 V正向電壓和20 V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；(3) 輸出電阻為710 m；(4) 精度高，AD590在- 55+-150范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。AD590的引腳使用：AD590的引

50、腳共有3個,只用了兩個引腳(即“+ ”和“-”)第三個腳可以不用,是接外殼做屏蔽用的。測量溫度是把整個器件放到需要測溫度的地方。圖3.6 AD590引腳圖3.2.4 壓力傳感器MPX4115本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字氣壓計顯示的是絕對氣壓值，同時為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器。經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用美國摩托羅拉公司的集成壓力傳感器。MPX4115可以產(chǎn)生與所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓。MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在085的溫度

51、下誤差不超過1.5%，溫度補(bǔ)償是-40-125。MPX4115符合本設(shè)計測斜儀的壓強(qiáng)測量要求。它的實(shí)物如圖3.7所示。圖3.7 MPX4115實(shí)物圖氣壓傳感器MPX4115的管腳說明如表所示：表 3.1氣壓傳感器MPX4115的管腳說明123456VOUTGNDVSN/SN/SN/S氣壓傳感器MPX4114的特性參數(shù)如表3.2所示：表3.2 氣壓傳感器MPX4114的特性參數(shù)參 數(shù)符 號最 小典 型最 大單 位壓力范圍Pop15-115KPa供電電壓Vs4.855.15.35Vdc供電電流Lo-7.010mAdc最大壓力偏置 （085）Vs=5.0VVpss0.1350.2040.273Vdc

52、滿量程輸出 （085）Vs=5.0VVoff4.7254.7944.863Vdc滿量程比例 （085）Vs=5.0VVFSS4.5214.5904.695Vdc精度（085）-±1.5%VPSS靈敏度V/P-45.9-mV/KPa響應(yīng)時間（10%90%）tR-1.0-ms上升報警時間-20-ms偏置穩(wěn)定性-±0.5-%VFSS圖3.8 MPX4115電路圖3.2.5 三軸加速度計ADXL330ADXL330是美國模擬器件公司(ADI)新近推出的一款帶有信號調(diào)理電路可提供模擬電壓輸出的小量程、小尺寸、低功耗3軸加速度計。ADXL330將MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器結(jié)構(gòu)與信號調(diào)

53、理結(jié)合在一起功耗電流降低至200 uA(在20 V電源電壓下)，比同類器件的功耗典型值低50。ADXL330的引腳排列如圖所示。從圖中可以看出，1、4、9、1l、13、16是預(yù)留引腳；2引腳是自我檢測；5、6,7引腳是公共地；14、15引腳是電源；8、l0、12引腳是加速度模擬信號輸出。選擇ADXL330是因?yàn)閳D3.9 ADXL330引腳圖選擇ADXL330的原因是首先它輸出的是模擬信號，并且它的三個軸測量范圍均大于±2g，精確度小于±10-5g，所以完全符合本設(shè)計的要求。為了使ADXL330正常工作，還需要一些簡單的外圍元件。圖3.10是ADXL330的內(nèi)部功能模塊圖。圖

54、3.10 ADXL330 內(nèi)部功能模塊圖 ADXL330基本工作過程為：首先利用微傳感器感知三維的加速度，將得到的三維交流信號放大，然后分別將信號解調(diào)，在輸出端分別將三路信號再次放大、濾波后輸出和加速度成正比的模擬電壓。圖3.11 ADXL330 電路圖3.2.6 三軸陀螺儀L3G462A橫跨多重應(yīng)用領(lǐng)域、全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商及全球第一大消費(fèi)電子和便攜應(yīng)用MEMS器件供應(yīng)商意法半導(dǎo)體擴(kuò)大運(yùn)動傳感器產(chǎn)品陣容，推出市場上最小的3軸模擬輸出陀螺儀。意法半導(dǎo)體最新的陀螺儀采用4x4x1mm3 超小封裝，擁有優(yōu)異的性能和可靠性及智能電源管理和設(shè)計靈活性，意法半導(dǎo)體的L3G462A陀螺儀的每個軸均配備獨(dú)

55、立輸出，可提供精確的角速度檢測。±625dps的全量程范圍能夠精確地測量各種手勢和動作以及不同的速度，實(shí)現(xiàn)從導(dǎo)航到運(yùn)動控制式用戶界面和游戲等各種應(yīng)用。模擬接口的反應(yīng)速度非常快，并在外部濾波功能和針對特定應(yīng)用需求微調(diào)主要參數(shù)方面具有靈活性。新款陀螺儀的超小型設(shè)計徹底解決了現(xiàn)有大尺寸解決方案常見的布局和布線問題，且不會影響傳感器的性能或可靠性。無可比擬的穩(wěn)定性(±0.04dps/°C)和靈敏度(±0.017%/°C)大幅提升了測量準(zhǔn)確度，其低噪聲特性(0.017dps/Hz)確保高水準(zhǔn)的運(yùn)動和手勢識別精確度。意法半導(dǎo)體最新的3軸模擬輸出陀螺儀的電壓范圍為2.4至3.6V，關(guān)機(jī)模式和睡眠喚醒模式有助于降低整體系統(tǒng)功耗。選擇L3G462是因?yàn)槠淙齻€軸的測量范圍均大于720°/s，精度小于10-4°/s，完全符合本設(shè)計的要