摘要 MMA8451是一款低电压供电，电容式微机械全数字式的传感器，可测量三轴方向的加速度。根据这款高性能的传感器，规划出主从式振荡检测仪器。文中介绍了整个电路的规划思路与组成结构，给出了作为前端传感器在虚拟仪器中的运用，并且给出了测验成果。运用主从式对虚拟仪器进行规划，完结了预订方针并且摆脱了虚拟仪器开发对LabView的依靠。
关键词 振荡检测;三轴加速度传感器;虚拟仪器
自从美国国家仪器公司(NI)提出根据计算机技术的虚拟仪器概念以来，电子仪器得到了较大的开展。现在的虚拟仪器大多运用根据NI公司的LabView专用的PCI总线的数据收集卡，可是受PC机箱和总线约束，电源功率缺乏，机箱内部的噪声电平较高，机箱内无屏蔽等许多缺陷，约束了虚拟仪器的推行与运用。文中运用主从式虚拟仪器用以替代传统的PCI总线的数据收集卡，主从式虚拟仪器由主机和从机两部分组成，从机即为该振荡检测电路，完结数据的处理和数据的显现。
1 从机硬件结构
规划根据主从式虚拟仪器的规划思维，运用单片机作为从机的操控体系，因为STC89C52RC性价比高并且运用技术老练等特色，故选用其作为从机的操控芯片。单片机用于接纳传感器信号并进行数据处理，通过串行口发送到主机进行数据剖析和显现。这种规划的长处是既能够与笔记本计算机相连，便利野外作业，又可与台式PC机相连，完结台式和便携式两用，运用便利。根本规划思维框图如图1所示。
1.1 传感器及其外围电路规划
MMA8451数字式三轴加速度传感器是飞思卡尔公司新推出的一款低电压供电，电容式微机械传感器，其最高精度可达14位。传感器选用QFN封装，灵敏的可编程选项，具有两个可装备的中止端口。其形式可选，在嵌入式体系中可大幅地节约电量，传感器内部自带低通滤波器功用，在作振荡检测时能够快速作出反应。在嵌入式体系运用中，中止状况时能够坚持功耗状况，并且器材能够由中止信号唤醒。
作为一款数字式输出的传感器，比较于传统的输出模拟信号的传感器而言，无需增加A/D转化器，并且传感器的集成电路自带高通滤波器，大幅简化了外围电路的规划，其典型电路如图2所示。
I2C协议：因为MMA8451默许运用I2C协议，所以，在此将对I2C的作业方法进行解说。I2C总线运用3根信号线进行通讯，分别是SCL、SDA和SA0，外部上拉电阻需求将SDA和SCL接到VDD的IO上，当总线闲暇时，这两根线表现为高电平状况。MMA8451的I2C接口可作业在快速形式400 kHz或一般形式100 kHz。
总线传输开端由START信号触发，START信号界说为，当数据线从高电平跳变到低电平，而时钟线SCL依然坚持高电平。由主机发送START信号后，I2C总线被以为从闲暇状况进入忙状况。紧接着START信号后主机发送的字节，前7位用于指示从机地址，第8位用于指示数据方向是读出仍是写入。地址发送结束后，总线上的一切从机将自己的地址和总线上接纳到的地址进行比较，地址匹配的设备即为主机选中设备。第9个脉冲为应对呼应，发送设备有必要在这个ACK周期内开释数据线，而接纳设备则需求在ACK周期的时钟高电平期间将数据线拉低。
SCL线是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，这个状况表明中止条件。中止条件将停止发送器的发送。
1.2 单片机STC89C52RC
从机的核心部件选用宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机STC89C52RC，指令代码彻底兼容传统8051单片机，其性能与可靠性彻底满意本次规划的需求。作业时的根本参数为：作业频率规模，0～40 MHz，相当于一般8051的0～80 MHz，实际作业频率可达48 MHz;用户运用程序空间为8 kByte;12时钟/机器周期和6时钟/机器周期能够恣意挑选;片上集成512 Byte RAM;ISP/IAP，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口直接下载用户程序，具有EEPROM功用;具有看门狗功用;共3个16位定时器/计数器。
1.3 5 V转3.3 V电源电路
因为如今晶体管尺度在继续减小，电路集成度越来越高，晶体尺度也随之减小。导致晶体管击穿电压也变更低，但当击穿电压低于电源电压时，则要求减小电源电压。关于MMA8451电路而言，便是用3.3 V电源。
因为单片机的速度和复杂性，使之达到了足以要求下降电源电压的程度，并正在向5 V电源电压以下转化。但绝大多数接口电路依然是为5 V电源而规划的。为使MMA8451电路正常作业，需求将5 V电源转化为3.3 V。别的，这个使命不只包含逻辑电平转化，一起还包含为3.3 V体系供电、电压电流安稳问题、转化模拟信号使之避开从5～3.3 V的妨碍。
规划选用LM1117电路，LM1117是一个低压差三端可调稳压%&&&&&%。其压差在1.2 V输出，电流为800 mA时为1.2 V。LM1117有可调电压的版别，通过两个外部电阻可完结1.25～13.8 V输出电压规模。别的还有5个固定电压输出的类型。
LM1117的典型运用如图3所示，在电路中，输出端需求一个至少10μF的钽%&&&&&%来改善瞬态呼应和安稳性。
1.4 通讯电平转化电路的挑选
因为MMA8451的输出数据速率为1.56～800 Hz，所以在这种速率的传输形式下，运用这种接口简略、运用便利、价格低廉的串口通讯方法，成为一种合理的挑选，因为单片机STC89C52RC选用TTL电平，但PC机的串行口运用RS-232的电平，所以单片机与电脑不能直接衔接，首要有必要进行RS-232电平与TTL电平的转化。所以在本规划中运用MAX232作为通讯电平转化芯片。
2 振荡检测电路的软件规划
从机依照主机的指令，完结数据收集，并且将数据暂时存储，在串口闲暇的时分将数据发送给主机。主程序的作业流程如图4所示，图5为串口发送程序的流程图。在图5中，接连发送FF的原因在于挑选上位机显现程序中的示波器功用。
3 测验成果
上位机显现软件为软件开发选用VS2010的集成开发环境，运用C#言语模块化编程，为体系调试带来极大的便利。因为传感器输出为数字信号，单片机通过处理后送入示波器，示波器采数字上位机软件示波器。图6为示波器界面显现的测验成果。
4 结束语
规划完结了振荡检测的几个根本功用。并且它摆脱了LabView的捆绑，所以具有较高开放性和扩展空间。当然，本规划还有许多需求改善的当地，如进步通讯的速度和可靠性，进步从机的数据处理速度，除此之外，还需在软件算法上作进一步优化，以进步测验精度，减小数据误差。
