系统硬件设计与开发.docx

第2章系统硬件设计与开发整个系统的硬件设计分为加速度信号采集电路、无线传输电路、ARM系统电路三部分。,并结合MEMS加速度传感器的特点,选用Freescal公司的MMA7261QT三轴加速度传感器用于加速度信号的采集。采用STC12C5410AD单片机作为信号采集部分的MCU,其内部自带的8路10位高速A/D转换器,很好得保证了传感器端输出端模拟信号的A/D转换精度。,它与STC单片机采用模拟SPI方式通信。加速度信号处理模块的ARM微处理器采用三星公司的S3C44B0X,对无线模块接收到的加速度数据作相应的处理,可得到速度、位移等信息。:,并用宏晶科技的微控制器STC12C5410AD作为核心控制器,控制其内置的模数转换器对加速度信号进行采样,被转换为数字信号后,由nRF2401无线模块将数据传输至ARM系统。(MicroElectroMechanicalSystems),即微电子机械系统是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。近年来,由于MEMS技术的迅猛发展,各种基于MEMS的加速度传感器也应运而生,目前已经得到了广泛的应用。它们有着体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高等特点,而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容,易于实现数字化、智能化以及批量生产,因而从问世起就引起了广泛关注,并且在汽车、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。本设计中采用的是飞思卡尔(Freescal)公司的MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT。MMA7261QT低成本微型电容式加速度传感器采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,并且提供4个量程可选,用户可在4个灵敏度中的选择。该器件带有低通滤波并已做零g补偿并且还提供休眠模式,因而是电池充电的手持设备产品的理想之选[24]。MMA7261QT具有高敏感度、低噪声、高清晰度和高准确性的特点,其应用包括高级步程计,可测量步行中人的脚步运动、距离和速度,允许根据多种不同应用和功能选择敏感度。本设计中采用MMA7261QT测量人体运动时三维的加速度信号。◆MMA7261QT特性如下:◆可选灵敏度(/);◆低功耗:500μA;◆休眠模式:3μA;◆低压运行:-;◆6mm×6mm×(QFN)封装;◆快速开启:1ms;◆高灵敏度();◆低通滤波器具备内部信号调理;◆设计稳定、防震能力强;。X、Y、Z三个相互垂直方向上的加速度G-Cel传感单元感知,经过容压变换器、增益放大、滤波器和温度补偿后以电压信号输出。。:,首先使用MMA7261QT获得三维加速度信号,然后传送给STC12C5410AD进行处理。STC12C5410AD是宏晶科技的STC12系列单片机,其特征如下:◆采用RISC型CPU内核,兼容普通8051指令集;◆片内含有10KBFlash程序存储器,2KBFlash数据存储器,512BRAM数据存储器;同时内部还有看门狗(WDT);◆片内集成MAX810专用复位电路、8通道l0位ADC以及4通道PWM;◆具有可编程的8级中断源4种优先级;◆具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP);◆片内资源丰富、集成度高、使用方便;由于MMA7261QT和STC12C5410AD都具有很高的集成度,因而使得系统的硬件设计大大简化。在MMA7261QT与STC12C5410AD的接口中,首先要解决噪声问题。因为MMA7261QT内部采用了开关电容滤波器,有时钟噪声产生,所以需要在MMA7261QT的XOUT、YOUT和ZOUT三个输出端分别接RC滤波器。。MMA7261QT输出的加速度信号是模拟信号,必须将其转换为数字信号。因此,必需要MMA7261QT的输出电压和微控制器STC12C5410AD内置的模数转换器输入电压范围的问题。MMA7261QT的X轴、Y轴以及Z轴的输出电压均在STC12C5410AD的I/O口电压允许范围之内,满足其输入要求,因此MMA7261QT的三轴输出经过滤波处理