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使用MEMS加速度计的中断特性

JAY ESFANDYARI?? GANG XU?? PAOLO BENDISCIOLI?? 意法半导体公司?? 2012年09月28日 ?? 收藏0
市场上大多数最新的三轴数字微机电系统加速度计可以为多个应用生成中断。有些是常见应用,包括屏幕旋转、唤醒、自由落体,以及单击和双击识别等,设计人员可在各种设备中实现这些应用。

一个数字MEMS加速度计通常有一或两个中断输出引脚,这些引脚可以与外部主控处理器的I/O脚接口。可以将加速度计配置为在后台监控加速度或运动,或当主处理器完成其它任务时,加速度计仅处于低功耗睡眠模式。当加速度计检测到一个中断时,主处理器就可以苏醒过来,查看是否需要提供中断服务。

数据就绪中断

可以配置一只数字MEMS加速度计生成一个信号,用于指示何时可以读取某组测量的新数据。加速度计状态寄存器中的数据就绪位(可由用户访问)通常表示这个信号。可以使能一个控制寄存器中的数据就绪中断位,将此信号送至一个中断引脚上,并且可以通过其它控制寄存器中的沿-电平位,将其优先级设置为高有效或低有效。缺省情况下,当加速度计上电时,中断引脚是高有效。

当加速度计的数据寄存器中产生了一组新的加速度数据时,数据就绪中断信号为高。当系统读取了所有已使能轴的数据寄存器高位字节时,中断变低。如果系统未能在一个输出数据速率周期内读取高字节,则数据就绪中断仍保持为高,而状态寄存器中的溢出位为1。此时就发生了数据溢出,系统会覆写掉前面的数据样品。

用数据就绪中断功能可以做连续数据采样的同步,并防止数据的损失。缺省情况下,中断引脚采用推挽结构,直接与一个有中断功能的主处理器I/O端口相连接。当新数据未就绪时,主处理器可以做其它任务,或只是简单地等待在睡眠模式。

一旦出现了数据就绪中断,主处理器可以在I/O端口的上升沿苏醒过来,进入中断服务例程,然后读取并处理加速度数据。这种动作有助于减少系统的总功耗,因为主处理器无需连续地读取状态寄存器中的数据就绪位。在对加速度计做评估时,可以用一台示波器,通过数据就绪中断来检查不同输出数据速率下的中断信号波形频率。

自由落体中断

在硬盘保护应用中,设计者普遍将加速度计用于自由落体中断功能。例如,当一台笔记本电脑掉落时,笔记本电脑内置的加速度计可以产生一个中断,使硬盘将磁头停靠在一个安全位置,以防造成磁盘的机械损伤。

医疗系统的设计者也可以将加速度计用于检测医院病人的跌倒,方法是将自由落体中断与一个MEMS压力传感器的高度检测功能相结合。如果传感器确认有人跌倒,医疗设备的主处理器会通过无线链路,向医院人员发送一个警报。由于采用电池工作的医疗设备都是功耗敏感型,因此功耗极低的最新小型加速度计和压力传感器使这种“跌倒”应用成为可能。

从字面看,自由落体是一种除地球重力以外,没有给加速度计施加其它外力的状态。理论上,一个三轴加速度计可以在自由落体时,在其所有检测轴同时输出0g测量值;因此,其它运动无法“伪装”成自由落体事件。当有人将一个物体向上扔出时,物体从扔出动作后处于自由落体状态。如果加速度计装在物体旋转中心点以外,则离心力将使加速度计在自由落体期间不输出g力。因此,对自由落体应用来说,明智的方法是将加速度计安装在设备的旋转中心处。

大多数加速度计厂商都会在其工厂对器件做校正与测试,因此用户在将器件装在电路板上做自由落体检测时,不需要做更多校正工作。但是, 加速度计的0 g 漂移可能在±40mg~±100mg,因为厂家在PCB装配后,可能没有水平地安装加速度计。由于有漂移,可能需要调整加速度计的阈值与时间参数,以防止虚假的自由落体检测,避免错过真正的自由落体。

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