多MEMS傳感器的嵌入式姿態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)計
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2．2 陀螺儀與ADC模塊
MC9S08QE8單片機內(nèi)帶的ADC模塊是基于逐次逼近型12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它提供10個輸入通道，可以配置采用時間轉(zhuǎn)換速度及功耗，可以設(shè)置預(yù)置比較，從而保證某些不符合要求的數(shù)據(jù)不用保存。其中最能體現(xiàn)高性能特點的是可以設(shè)置連續(xù)序列轉(zhuǎn)換方式，這種模式下，ADC硬件可自動實現(xiàn)所設(shè)定的幾個通道連續(xù)轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果存入響應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，而不用程序循環(huán)實現(xiàn)。這樣既簡化了程序設(shè)計，又降低了轉(zhuǎn)換功耗，減輕了MC9S08QE8的負擔(dān)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/150075.htm
陀螺儀與單片機ADC模塊的接口如圖3所示。圖中ST、HP、PD作為自我測試、能量控制、高通濾波設(shè)置3個引腳，它們分別連接到MC9S08 QE8的通用I／O接口上。一般它們都接下拉電阻，默認為正常工作模式，如果需要對相應(yīng)的工作模式進行改變則須改變對應(yīng)MC9S08QE8I／O口的電平為高電平。而LY530AL與LPR530AL的輸出信號(4xOTUX、4xOTUY、4xOTUZ引腳)與輸出參考電壓(Vref引腳)分別接MC9S08QE8的ADC模塊的相應(yīng)通道。設(shè)計中特別注意的是，LPR530AL有2種輸出模式：一種是采用經(jīng)過內(nèi)部放大4倍后的輸出，另一種是正常的輸出。當(dāng)采用非線性放大輸出方式時，應(yīng)當(dāng)把LPR530AL的5引腳和9引腳連接GND；如果采用放大輸出方式并且外部沒有擴展旁路濾波，則應(yīng)當(dāng)分別把4和5引腳、9和10引腳短接。圖3中，LY530AL工作原理與LPR530AL相似。
2．3 加速度計、電子羅盤與I2C接口
MC9S08QE8內(nèi)帶的高速I2C模塊擁有多主機操作、可編程從機地址、中斷驅(qū)動的逐字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送、支持廣播模式和10位尋址等特點，總線在最大負荷下可達到100kbps的速度。系統(tǒng)中，加速度計、電子羅盤芯片與MC9S08QE8 I2C模塊的接口如圖4所示。圖中ADXL345的CS引腳用來控制選擇I2C還是SPI通信協(xié)議，電平為高表示采用I2C協(xié)議，而SDA和SCL引腳分別連接到MC9S08QE8的I2C總線引腳上。電子羅盤HMC5843支持雙電壓工作，其中引腳VDD表示內(nèi)核電壓，引腳VDDIO表示外部I／O電壓，本系統(tǒng)中采用單電壓模式，即內(nèi)核電壓與外部I／O電壓相同。
3 軟件設(shè)計與測試
系統(tǒng)的軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)的重要組成部分。依據(jù)上述硬件電路的設(shè)計原理與功能要求，軟件中首先要完成MC9S08QE8的初始化，對各種MEMS傳感器的工作模式進行設(shè)定；然后獲取三軸陀螺儀、加速度計、電子羅盤的實時信號，并根據(jù)姿態(tài)計算算法計算姿態(tài)角，最終把姿態(tài)角信息通過串口傳送到上位機中進行測試與演示，嵌入式姿態(tài)測量系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。
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