如何配置MEMS加速度傳感器

隨著蘋果iPhone和任天堂Wii游戲機的流行，加速度傳感器在消費類電子設備中得到了廣泛的應用。例如，筆記本中的跌落保護、MP4/手機中的屏幕自動翻轉(zhuǎn)、輕敲手機掛斷電話以及手機“翻轉(zhuǎn)靜音”等等。這些應用改變了傳統(tǒng)設備與用戶之間的交互方式，使產(chǎn)品有了更好的用戶體驗。作為這場變革的領導者，意法半導體（ST）的微機械加速度傳感器不僅能夠輸出加速度的數(shù)值，同時集成了很多的功能模塊，可以實現(xiàn)上述的應用。我們將以LIS35DE和LIS331DLH芯片內(nèi)部的功能模塊作為線索，介紹意法半導體加速度傳感器的性能特點，并介紹如何配置傳感器的功能模塊來實現(xiàn)特定的應用。

雙中斷配置

跌落保護對于配置了硬盤的便攜式設備來說非常重要。該功能在高檔筆記本電腦中的應用已經(jīng)非常普遍。三軸加速度傳感器LIS35DE、LIS33DE和LIS331DLH/M/F均能通過中斷管腳并對加速度門檻寄存器進行設置來實現(xiàn)跌落保護功能。其中，加速度門檻寄存器是用來設置門檻加速度的寄存器，而中斷設置寄存器是用來設置中斷輸出的條件和中斷源判定的寄存器。下面以自由落體檢測為例說明檢測原理和中斷配置方法。

物體如果處于靜止狀態(tài)，就只受重力加速度的影響，而且物體三個軸上的重力加速度矢量和為1g。

物體如果處于自由落體狀態(tài)，理論上在物體的X軸、Y軸和Z軸三個軸上的加速度均為零。而在實際情況中，由于空氣阻力和下落旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，三個軸上的加速度矢量和應是某一個較小的數(shù)值。

靜止時，物體在三個軸上的加速度不可能同時小于577mg。當然，這是一個理論上的上限參考值?？紤]到加速度傳感器在0g時的誤差和溫度變化對測量精度的影響，為防止誤觸發(fā)，可以將這個門檻值設定為360mg。如果三個軸上的加速度同時小于360mg，我們就可以認為物體處于自由落體狀態(tài)，可以觸發(fā)中斷。需要注意的是，這個門檻值是一個絕對值，并且門檻值對X軸、Y軸和Z軸三個軸都是有效的，因此，我們可以設置加速度在某一軸上超過門檻值就產(chǎn)生中斷（“或”的關系）或者加速度在三個軸上都超過門檻值才產(chǎn)生中斷（“與”的關系）。這樣，在做跌落保護時，應該選擇“與”的關系作為跌落的判定條件。

LIS35DE和LIS331DLH/M/F能夠提供兩個中斷配置寄存器以及互相獨立的中斷配置寄存器與加速度門檻寄存器。一個中斷信號用于跌落檢測的同時，另一個中斷可以用來設置為喚醒，即當加速度大于設定的門檻值時，就會產(chǎn)生喚醒中斷。除了上述兩個功能外，還可以把中斷設定為數(shù)據(jù)更新通知和敲擊檢測等功能。

高通濾波器

iPhone3.0集成了一個新的功能，即只需要晃動手機就可以取消剛才的操作。如果通過這樣一些簡單的動作來代替按鍵甚至做一些新應用，例如搖色子游戲、切換音樂等，就可以使一些常用的功能變得有趣起來。如果采用上述中斷管腳寄存器實現(xiàn)這樣的功能，就會遇到一個問題———重力。由于重力的存在，用戶不能簡單地在FF_WU_TSH1寄存器中設置統(tǒng)一的門檻值來作為晃動或者喚醒中斷的判定條件。為此，LIS35DE集成了高通濾波器，能夠濾除緩慢變化或不變的加速度（如重力加速度），并且可以選擇截止頻率，如表1所示。只有變化頻率高于截止頻率的加速度才能通過。

有了高通濾波器以后，通過晃動來切換手機播放的音樂就變得比較簡單了。具體的原理是，檢測手機向左、向右晃動時加速度的變化軌跡，以此來定義切換歌曲的順序。當向左晃動手機時（切換至上一首歌），在Y軸上會產(chǎn)生一個較大的加速度，并且加速度的方向是先負后正。反之，如果向右晃動手機（切換至下一首歌），在Y軸上的加速度是先正后負。在這個應用中，高通濾波器去除了重力加速度的影響。在一次有效晃動的時間范圍內(nèi)（如200ms），正向和負向的加速度都觸發(fā)了中斷，我們即可判定為一次有效晃動；再通過判斷正向加速度和負向加速度出現(xiàn)的先后順序，我們就可以確定晃動的方向。

6D檢測

在3維空間中，根據(jù)3個軸上正負方向的不同可以將物體的位置分為6種狀態(tài)，分別是上下、左右、前后。如圖1所示。這種空間位置信息對于手持式設備是很有用的。它不僅能讓使用者了解當前設備的空間狀態(tài)，還能在此基礎上開發(fā)出一些新的應用，如“翻轉(zhuǎn)靜音”等等。