adis6220中文.doc

ADIS16220特征数字正/负70g数字加速度/震动传感器传感器共振频率为22KHz100.2KSPS的采样速率（1s采样并转换100200个模拟信号）AD模块为12位兼容SPI串口可编程数据捕捉功能：3通道，每个可容纳1024采样数据1个加速度传感器/2个辅助ADC模块为用户初始化提供手动触发为周期性数据捕捉（即采样）设置了自动触发为事件驱动触发提供了事件触发模式数字温度传感器输出数字控制的采样速率数字控制的频率响应2个辅助数字I/O数字驱动的自检测数字驱动的低频模式序列号和设备ID（认证）单电源运行：3.15V-3.6V运行温度范围：-40到+1509.2x9.2mm 16引脚的LGA封装综述ADIS16220传感器是一种数字振动传感器，集成了业界领先的MEMS传感技术，内部集成了一个处理器。它为高速数据捕捉提供了缓冲寄存器，同时为数据采集和处理提供了便利的串口。传感器共振频率为22KHz，采样速率为100.2KSPS，这为大多数的设备检测提供了充足的保障。平均/抽取滤波器为低频带场合的应用提供了优化。内部时钟驱动数据采样系统，并将数据送到缓冲寄存器供用户读取。数据捕捉功能有三种不同的触发方式。自动数据采集允许周期唤醒和捕捉，它基于一个可编程的工作循环。手动数据捕捉方式允许用户初始化数据捕捉，并提供能耗和读取速率的优化。事件触发模式不断的更新缓冲器，并检测缓冲器的数据是否达到预设值。这种模式捕捉预设数据和已发生数据，并产生驱动中断的报警指示。串行外设接口（SPI）和数据缓存结构为宽频带传感器数据的采集提供了便利。ADIS16220还提供了数字温度传感器，数字能耗控制器和尖峰输出捕捉。工作原理ADIS16220是一个宽频带，数字加速度传感器，应用在振动分析领域。这一传感器不间断的采集数据并使它们可以被任何兼容了4线SPI口的处理器使用。感测元件ADIS16220内部的数字振动传感单元始于一个宽频带MEMS加速度内核，它将位移的变化线性得转化为电信号的变化。一个固定的框架和一个移动的框架构成了差分电容网，它可以响应加速度的线性变化。微弹簧将移动框架连接到固定框架上，并控制加速度和物理位移的关系。移动盘上的调制信号通过每一个电容传导到固定框架和解调电路，这一电路产生与设备上的加速度成比例的电信号。数据采样和处理ADIS16220基于用户控制寄存器的设置来自动运行。模拟加速度信号输入到ADC，它将得到的数字信号传递给控制器以供处理和捕捉。处理选项包含：偏置处理，滤波和检测预置报警情况。用户接口SPI接口数据采集和设置命令都使用SPI接口，它有4条线组成。片选信号启动SPI接口，串口时钟线(SCLK)将串行数据线同步。串行输入数据在SCLK的上升沿输入到DIN端，而串行输出数据在SCLK的下降沿从DOUT端口输出。许多数字处理器通过专用接口和简单的指令设置都可以支持这一接口。用户寄存器用户寄存器为所有在SPI口上的输入和输出操作提供寻址。每个16位寄存器都有统一的位编排，并有两个地址：一个为高地址，另一个为字节。控制寄存器使用一种双存储结构。在模块运行时，SRAM控制运行，并为所有用户设置的输入提供便利。闪存则为这些控制寄存器提供非易失性存储，即为这些寄存器提供备份。存储控制数据到闪存中需要一个特殊的指令。当设备上电或复位时，闪存中的内容下载到SRAM中，之后，设备根据控制寄存器中的设置开始产生数据。基本操作ADIS16220仅需要电源，地和四线的SPI口就可以产生数据，并将它们传输给处理器。DIO1（数字I/O接口）的工厂默认设置为忙指示。在设备正在捕捉数据时，DIO1输出高电平，当捕捉完毕时，就输出低电平。ADIS16220端口支持全双工通信，并且对数据传输的位顺序作了规定。处理器通常通过普通串口来支持SPI通信，这就需要一些设置。用户寄存器控制所有的数据采集和设置。厂家为所有的用户寄存器都设置了存储地址。图1所示为串口通信时的位顺序：图1SPI写命令处理器在写传感器的用户寄存器时，一次只写一个字节，并使用规定的位顺序(如图1：高位在前，低位在后)。一些操作需要设置同一个寄存器的高低字节时（用户寄存器是16位的），就需要两次连续的写操作。执行写操作时，输入DIN的16为指令的第一位(R/W)应为高电平，紧接着是7位地址，之后才是要写入地址对应寄存器的8位数据。7位地址的最高位（A7）置1，表示将数据写入低6位地址对应寄存器的高字节；若为0，则写入低字节。例如:处理器向DIN端口写0XBF08，表示向GLOB_CMD寄存器写数据（GLOB的地址为0X3E,写指令时R/W=1），这一指令用来开启手动捕捉模式，时序图如图2所示SPI读指令通过SPI读传感器的用户寄存器需要两个连续的周期，第一个周期向DIN写入读指令（R/W位=0），这时7位地址的最高位既可以是0也可是1，读出的结果是一样的；第二个周期则从DOUT口读出相应寄存器的值，同时，在这一周期还可向DIN口写入下面要读取数据的寄存器的地址，这样在下一个周期就会从DOUT口返回相应寄存器的值，从而实现数据的高效读取。从捕捉缓冲器中读取数据通过向GLOB_CMD写入0XBF08从而开启手动捕捉。捕捉开始时DIO1输出高电平，捕捉结束后，输出低电平（当DIN端口被设置成默认模式时）。当捕捉结束时，第一个采样数据进入CAPT_BUFX寄存器，并且0X0000写进索引指针（CAPT_PNTR）。索引指针决定哪一个采样数据进入CAPT_PNTR寄存器。如，向CAPT_PNTR寄存器写入0X0138将导致捕捉缓冲寄存器中的第313个采样数据被送入CAPT_BUFX寄存器。索引指针随着CAPT_BUFX的读取指令而自动递增。输出数据的格式CAPT_BUFA和CAPT_PEAKA两个寄存器只使用了14位（问题：在读这两个寄存器的值时，它们的最高位读作什么），在两个方向上（正向和反向）以补码的形式表示加速度值。除了加速度值，捕捉事件还会产生模拟输入数据（分别存入CAPT_BUF1和CAPT_BUF2，对应DIO1和DIO2输入的数据），电源供应数据（CAPT_SUPPLY），温度数据（CAPT_TEMP），加速度尖峰数据（CAPT_PEAKA）和模拟输入信号的尖峰数据（CAPT_PEAK1和CAPT_PEAK2）供电电压Vs=（CAPT_SUPPLY）X0.001221V/LSB=3.3V 从而得CAPT_SUPPLY=2703 LSB.温度Temperature=（1278-CAPT_TEMP）X0.47/LSB+25.捕捉模式设置CAPT_CTRL寄存器提供了三种不同的触发数据捕捉的方式:手动，自动和事件触发。同时，还为是否将设备配置为低功耗模式（即在两次捕捉之间将传感器关断）提供选择。如果将传感器设置成低功耗模式，则会为整个捕捉时间增加约2.3ms：Tc=0.014+1024x2AVG_CNT （没有FLASH）Tc=0.516+1024x2AVG_CNT （有 FLASH）手动捕捉模式这是工厂默认设置，此时，传感器等待用户触发来产生捕捉事件。将GLOB_CMD11位置1可以在此模式下触发一次捕捉。令CAPT_CTRL7:0=0X02，可使传感器工作在此模式下，并且允许传感器在捕捉之间关闭，此关闭状态必须由CS唤醒（即CS端出现低电平）。自动捕捉模式在自动模式中，传感器在没有用户指示的情况下周期性的输出数据。将传感器设置在此模式下需要三步：1.通过CAPT_PRD编辑捕捉的周期；2.通过CAPT_CTRL3:2将传感器设置在此模式下；3.通过GLOB_CMD11开启捕捉和时钟。见表5事件捕捉模式 在事件模式中，当数据符合报警寄存器（ALM_XXXX）中预设的值时，发生数据捕捉事件。ALM_CTRL寄存器为此模式提供触发源和配置的设定，而ALM_MAGX则提供了报警门槛的值。将传感器设定在事件捕捉模式需要四步：1. 通过ALM_CTRL的设置，选择哪一个数据通道被允许（共有5种选择：加速度峰值，模拟输入1或2输入的峰值，温度的峰值，以及供电电压的峰值）；2.设定所选信号的门限值；3.通过设置CAPT_CTRL，选择事件捕捉模式；4.通过将GLOB_CMD11位置1，开启事件捕捉模式。每一个ALM_MAGX寄存器在DIAG_STAT寄存器中都有一个相应的报警位，用以报警的软件检测。注意到DIAG_STAT中的系统报警（包括：温度报警和供电电压报警）位（DIAG_STAT11）并不能触发事件捕捉。全局控制命令 GLOB_CMD寄存器提供了一列便利的单周期写命令。将对应位置1可以触发它们的功能。当命令执行完后，置1的功能位自动清零。例如，通过一次写入DIN=0XBF01，可以清除捕捉缓存。GLOB_CMD寄存器中的所有指令都需要上电时间符合表11中的规定值。上电时间反映了工厂默认设置，适当的描述了返回常态的时间。滤波器ADIS16220为低频带应用提供了一个均值/抽取滤波器，配合1024个容量的捕捉缓存AVG_CNT3:0控制平均/抽取滤波器在二进制阶段中的结构，从1到1024。例如，设置AVG_CNT3:0=0X08(DIN=0XB608)来选定256个的平均数，即将AD转换后的数值除以256。同时应注意，采样时间的减少会影响整个的捕捉时间。偏执调整ACCL_NULL，AIN1_NULL和AIN2_NULL寄存器提供了偏执调整功能。例如，ACCL_NULL=0X009C(DIN=0X829C)将增加156个LSB（即3g）。设置GLOB_CMD0=1（DIN=0X3E01）开启autonull功能，这一功能会在加速度数值取平均值的678ms之后向偏置寄存器载入一个值。输入/输出功能 DIO1和DIO2被设置成了I/O端口，具有多种功能。由以下寄存器控制:DIO_CTRL和GPIO_CTRL。DIO_CTRL寄存器为每个信号设置了四种应用设置选项。捕捉触发输入选项与手动触发模式一同工作，并为驱动数据捕捉事件提供了一个硬件选项。在允许的情况下，这一功能搜寻正脉冲，并且捕捉在这一脉冲的下降沿开始。忙指示在捕捉过程中是置1的，可以帮助防止不必要的中断。例如，设置DIO_CTRL5:0=101111(DIN=0XB62F)，将DIO2设为捕捉触发的输入端，将DIO1设置成忙指示位。将忙指示作为中断输入可以使处理器快速准确的采集数据，而不用检测执行的时间。报警指示输出在ALM_CTRL和ALM_MAGX将触发激活时是置1的。DIO1和DIO2在被设置成通用I/O时是由GPIO_CTRL寄存器控制的。例如，设置GPIO_CTRL=0X0103(DIN=0XB203，之后是0XB301)，令DIO1和DIO2作为输出，在DIO1置1时，DIO2为清零状态。出错诊断 所有的出错标志位都在DIAG_STAT寄存器中，置1表示有错出现。所有这些标志将一直保持到下一次捕捉或reset命令（GLOB_CMD4=1）。DIAG_STAT1:0在下一次采样后如果错误状态依然存在则从新置1。DIAG_STAT14:12为检测事件捕捉的源头提供了标志，优于读取整个捕捉缓存。DIAG_STAT10:8为检测捕捉中的峰值是否达到预设值（保存在ALM_CTRL和ALM_MAGX中）提供标志。Flash出错检测位DIAG_STAT6用来指示内部运行寄存器与同样的Flash寄存器位置的总和是否一致。捕捉周期出错标志位DIAG_STAT4在用户试图在捕捉正在进行中使用SPI口时置1。将DIO1口设定成默认的忙指示可以帮助避免这一错误的发生。当时钟SCLK在传输过程中不是16位时，SPI通信标志DIAG_STAT3置1。自诊断模块内部MEMS传感元件有一个静电自诊断功能，可以模拟加速度捕捉事件时的物理变化。有两种可选方案来实现这一特征，且都可以改变整个传感器信号链的完整性。令GLOB_CMD2=1来开启自动自诊断模式，它会使用传感元件，检测