MMA845x应用手册AN4070翻译

1、AN4070 MMA8451, 2, 3Q在运动和自由落体检测中的应用 MMA8451, 2, 3Q在运动和自由落体检测中的应用AN4070 Motion and Freefall Detection Using the MMA8451, 2, 3Qby: Kimberly Tuck Applications Engineer 翻译：沨 1.0 摘要MMA8451, 2, 3Q 内置了运动和/或自由落体检测功能以及非常灵活的中断配置方案。运动检测经常被用于简单的提醒主处理器移动设备目前正在使用。这可以通过运动检测功能和/或飞思卡尔应用笔记AN4071中描述的冲击检测功能来完成。冲击检测功能，可

2、以选择禁用高通滤波器，以达到与运动检测完全一样的效果。这就为用户提供了两个用于运动检测的独立可编程中断，如果需要的话。运动和自由落体检测是一个芯片内部集成的功能，使用中断机制，可以节省整个系统的功耗。此功能在移动/倾斜阈值或自由落体事件发生时唤醒主处理器时。嵌入式的运动检测功能允许用户启用和禁用不同的轴。当事件发生时，将以正或负加速度值给出的事件的方向为。结果：此功能避免了系统处理器连续读取XYZ数据并且不断运行的软件算法与阈值数据进行比较。1.1关键词运动检测，自由落体，中断，冲击检测，加速，翻滚，反跳，嵌入式，倾斜，配置寄存器，DBCN TM位，阈值，传感器1.2 小结A.有两个内置的用来

3、检测运动或线性自由落体检的测功能，这两功能可以被配置到两个中断引脚，使得传感器可以检测许多的组合事件，以满足许多不同应用场合的需求。例如：内置的运动/自由落体检测可以通过检测一个信道的线性自由落体运动以及另一信道上的自旋来检测倾倒。B.自由落体/运动检测状态寄存器只有在状态发生变化时需要读取。C.采用这一功能，可以减少微控制器或处理器的工作量，因为判断状态在传感器内部进行。处理器不需要轮询XYZ寄存器并读取数据来检测事件。D.阈值和去抖计数器在激活模式或待机模式中都是可变的，以允许从唤醒已转换到睡眠模式后作出所需的调整。E.运动检测不同于瞬态检测。运动检测可以被一个静态的加速度值的变化触发例如

4、倾斜。一旦HPF被绕过，瞬态检测的功能类似于移动检测。F.锁存器将保持状态寄存器的值，直到状态寄存器的值被读取才清除中断。2.0 MMA8451, 2, 3Q 商业级 3轴加速度计 3 x 3 x 1 mmMMA8451, 2, 3Q 有±2g, ±4g, ±8g三种可选的动态范围，8种不同的数据输出速率，可选择的高通滤波器截止频率。不同的型号有不同的内置功能以及数据。注：MMA8450Q具有不同的存储器映射，具有略微不同的引脚输出配置。2.1所有产品的输出数据，采样率和动态范围2.1.1 MMA8451Q 1. 14-bit 数据2g (4096 counts/

5、g = 0.25 mg/LSB) 4g (2048 counts/g = 0.5 mg/LSB) 8g (1024 counts/g = 1 mg/LSB)2. 8-bit 数据 2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g (32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)3. 集成的32样本FIFO (MMA8451Q)2.1.2 MMA8452Q 1. 12-bit 数据2g (1024 counts/g = 1 mg/LSB) 4g (512 counts/g = 2 mg/LSB) 8g (25

6、6 counts/g = 3.9 mg/LSB)2. 8-bit 数据2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g (32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)2.1.3 MMA8453Q 注:无HPF数据1. 10-bit 数据2g (256 counts/g = 3.9 mg/LSB) 4g (128 counts/g = 7.8 mg/LSB) 8g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB)2. 8-bit 数据2g (64 counts/g = 15.6 mg/LSB) 4g

7、(32 counts/g = 31.25 mg/LSB) 8g (16 counts/g = 62.5 mg/LSB)2.2 MMA8451, 2, 3Q的应用说明下面是有关MMA8451, 2, 3Q的所有应用笔记AN4068，使用MMA8451, 2, 3Q实现嵌入式的方向检测AN4069，MMA8451, 2, 3Q的失调校准AN4070，使用MMA8451, 2, 3Q实现运动和自由落体检测AN4071，使用MMA8451, 2, 3Q的高通滤波功能AN4072，MMA8451, 2, 3Q单/双和定向敲击检测AN4073，使用MMA8451Q的32样本先进先出（FIFO）堆栈AN40

8、74，使用MMA8451, 2, 3Q的自动唤醒/休眠功能AN4075，有多少位数据才够？使用过采样模式实现高分辨率和低功耗之间的权衡AN4076，数据操作和MMA8451, 2, 3Q的基本设置AN4077，MMA8451, 2, 3Q的设计清单和电路板安装指南3.0 MMA8451, 2, 3Q加速度计在运动检测和自由落体检测方面的应用有许多应用程序可能使用运动和/或自由落体。例如：更简单的运动手势签名（倾斜阈值，一般的动作，线性自由落体人体运动监测（自由落体和运动的具体参数）防盗门上的检测（检测冲击或倾斜的变化）冲击检测和运动检测跟踪资产（超过阈值）物体跌落的风险：硬盘驱动器（线性自由落

9、体和运动）现场仪器检测数米以上的的大运动量/下降（倾斜阈值变化）3.1自由落体检测MMA8451，2，3Q的自由落体检测功能检测到X、Y和Z轴低于设定的阈值时判定为线性自由落体。通常情况下，这一系列阈值低于0.35g。虽然自由落体常常被认为是线性的，这在许多例子中往往并不是完全正确的。许多跌落有倾倒的过程，从而使跌落的物体在下落过程中发生滚转。以下是用于确定下落时间或下落距离的运动学方程。通过积分加速度，可以得到速度。然后解算位置，需要第二次积分。（积分加速度以得到速度方程）（积分速度以得到位置）求解时间（假定初始条件为等于零）。表1. 计算自由落体运动的距离和时间基于表1，可以基于跌落距离估

10、算跌落时间，反之亦然。在设计自由落体保护算法时，应当考虑一般的下降高度或高度范围。然后，系统侦测到自由下落运动所需时间，以及实现保护机制所需的时间，都必须加以考虑。自由落体算法的最低是120毫秒应当考虑自由落体条件得到满足，被认为是一个线性自由落体运动，而不是一个错误触发。3.2运动检测运动检测可以用于提醒该设备已超过一个特定的加速度。此事件可能是由于倾斜或由于直线运动的加速度超过一个值，如图2所示。图2。基于倾斜或线性加速的运动检测运动检测功能可用于检测翻滚。图3所示的翻滚的特点。在翻滚运动的过程中三个轴的幅度远大于0克。例如，为了检测翻滚，运动检测条件必须被设置为X或Y或Z>2克来检

11、测。同样重要的是去抖计数器设置到约100毫秒，以避免错误的读数。去抖计数器的作用就像一个过滤器，以确定是否存在的条件为100毫秒或更长的时间。图3。翻转自由落体运动的信号3.3线性自由落体和旋转自由落体信号图4显示了一个线性自由落体和旋转自由落体的信号。两者是需要设置不同检测的跌落事件。为了两者兼顾，可以采用芯片内嵌的运动/自由落体够捕捉线性自由落体运动，同时用瞬态检测功能捕捉旋转自由落体运动。每个功能可以被配置到相同的中断引脚或配置到独立的中断引脚。图4. 展示线性自由落体和旋转自由落体的跌落瞬间4.0自由落体运动/功能寄存器设置共有四（4）个与运动/自由落体功能相关的寄存器。1。寄存器0x

12、15 FF/ MT配置 - 运动/自由落体配置2。寄存器0x17 FF_MT_THS - 设置阈值3。寄存器0x18 FF_MT_COUNT - 设置去抖计数器4。寄存器0x16 FF_MT_SRC - 运动/自由落体来源的检测可用于运动/自由落体的所有的寄存器的完整列表，请参阅表12。4.1寄存器0x15：FF/ MT配置 - 配置寄存器如表2所示，第一寄存器是运动/自由落体配置的寄存器。这一寄存器确定哪些轴被允许并应用以下三个条件：1。将涉及哪些轴，2。该事件是否将是一个线性自由落体运动，3。检测到的事件是否应该被锁存到源寄存器。表2。寄存器0x15：FF/ MT配置 - 配置寄存器（读/

13、写）及描述4.1.1配置MMA8451，2，3Q用于运动检测运动检测ELE= 0，OAE= 1在这种模式下，EA位表示去抖计数器时间到达后的一个运动事件。 XEFE， YEFE 和ZEFE控制位决定将在哪些轴向做运动检测。一旦EA位被设置，而且 DBCNTM= 0时，由FF_MT_COUNT指定的延迟后EA位才可以得到清除。如果DBCNTM= 1，高g运动条件消失后EA位既被清除。位YEFE ZEFE和/或XEFE置为有效时，事件标志位ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了运动检测状态（即，高g事件）没有任何去抖。读FF_MT_SRC寄存器不清除任何标志，也不复位去抖计数器。运动

14、检测与ELE= 1，OAE=1在这种模式下，EA位表示一个运动事件取反。 XEFE，YEFE ZEFE控制位决定在哪些轴向应用运动检测功能。一旦去抖计数器达到阈值，EA位被设置并保持设置，直到FF_MT_SRC寄存器被读取。当FF_MT_SRC寄存器被读取后，所有寄存器位被清除，去抖计数器清零，延迟FF_MT_CNT指定的时间后才能产生一个新的事件。如果位EA是零，那设置相应的位ZEFE，YEFE，和/或XEFE，事件标志ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了运动检测状态（即高g事件）没有任何去抖。EA位被设置时，这些位保持其当前值，直到FF_MT_SRC寄存器被读取表3. 运动

15、检测例1：X或Y>3G。例程: IIC_RegWrite(0x15, 0xD8); /Enable Latch, Motion, X-axis, Y-axis4.1.2配置MMA8451，2，3Q做自由落体检测自由落体检测ELE= 0，OAE=0在这种模式下，EA位（0x16位7）表示计数器去抖后的自由落体事件。YEFE ZEFE，XEFE控制位确定应用自由落体检测功能的轴。一旦EA位被设置，而且 DBCNTM= 0时，由FF_MT_COUNT指定的延迟后EA位才可以得到清除。如果DBCNTM= 1，高g运动条件消失后EA位既被清除，并且在由FF_MT_COUNT指定的延迟后才成重新设置

16、。阅读FF_MT_SRC寄存器不清除EA位。读FF_MT_SRC寄存器不清除EA标志位。位YEFE ZEFE和/或XEFE置为有效时，事件标志位(0x16)ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了运动检测状态（即，高g事件）没有任何去抖。自由落体检测ELE= 1，OAE=0在这种模式下，EA位表示计数器去抖后的自由落体事件。一旦去抖计数器值达到设定的阈值时间，EA位被设置并且保持，直到FF_MT_SRC 寄存器被读取。当的FF_MT_SRC寄存器被读取后，EA位和去抖计数器被清零，并且在由FF_MT_COUNT指定的延迟后才能产生新事件。YEFE ZEFE，XEFE控制位确定应用自

17、由落体检测功能的轴的。当EA=0时，若位YEFE ZEFE和/或XEFE置为有效，事件标志位(0x16)ZHE，ZHP，YHE，YHP，XHE，XHP反映了运动检测状态（即，高g事件）没有任何去抖。事件标志ZHE，ZHP ，YHE，YHP，XHE，XHP在EA事件位被置位时被锁定。FF_MT_SRC寄存器被读取后，事件标志ZHE，ZHP ，YHE，YHP，XHE，XHP才开始改变。表4。自由落体例1：X和Y 和Z <0.2克4.2寄存器0x17 FF_MT_THS寄存器（读/写） - 设置阈值如表5所示寄存器0x17为事件设置阈值。阈值寄存器具有计数范围为0127。阈值最低分辨率为0.0

18、63g/LSB的。最大值是8g，即使满刻度值设置为2G或4G。表5。寄存器0x17 FF_MT_THS_Register（读/写）注意事项：对于运动检测条件>阈值（图5）对于自由落体条件是<阈值（图5）所有阈值是绝对值。图5。自由落体条件在图6中从图中可以最好地理解该DCNTM位。默认值是计数器是递增/递减模式。图6。DBCNTM位功能4.2.1例：设置运动检测的阈值运动检测例1：X或Y>3g该设备可以在2g，4g或8g模式。步进值为0.063计数/ g与满量程无关。3g/0.063g/count= 48计数。注意：无论是在激活模式或待机模式阈值是可以改变的。这对于事件发生后

19、调整阈值是十分有用的。DBCNTM位将保持清零。示例代码：IIC_RegWrite（0X17，0X30）;/ /设置阈值为484.2.2例子：设置自由落体检测阈值自由落体例1：X and Y and Z <0.2g在这个例子中，该设备可以是2g，4g，或8g模式。步数是0.063g/count。 0.2g/0.063g/count= 3个字。对于这个例子DBCNTM的位将保持清零以过滤掉虚假的噪音。示例代码：IIC_RegWrite（0X17，0X03）;/ /设置阈值为34.3寄存器0x18 FF_MT_COUNT寄存器（读/写） - 设置防抖动计数器表6中所示的地址为0x18的寄存器

20、是一个8位的计数器，用于低通滤波。表6。 寄存器0x18 FF_MT_COUNT_（读/写）用于去抖采样的时间步长取决于所选择的ODR。ODR与寄存器设置的关系见表7。请注意，MMA8451，2，3Q有4种不同的过采样模式。有正常模式，低功耗和低噪音模式，高分辨率模式和低功耗模式。最低功耗模式消耗的功率最低。高分辨率模式消耗的功率也最高。对于不同的过采样模式及其用途的更多详细信息，请参阅飞思卡尔应用笔记AN4075。表7。FF_MT_COUNT_1与ODR的关系在“正常模式”中，将FF_MT_COUNT值设置为10将得到ODR100赫兹,最低去抖响应时间为100ms。注：在主动或待机模式中都可

21、以改变去抖计数器。这在设备从唤醒模式到睡眠模式转换时是可取的，因为ODR可能变化。这将改变去抖计数器的定时。示例代码：IIC_RegWrite（0X18，0X0A）/ /100毫秒去抖时间4.4寄存器0x16 FF_MT_SRC寄存器（只读） - 运动/自由落体检测来源寄存器此寄存器跟踪加速事件的触发（或已触发，在FF_MT_CFG寄存器ELE位被设置为1的情况下）的事件标志。特别是FF_MT_CFG寄存器中加速度事件标志逻辑组合为真，EA设置为逻辑1时。此位与INT_EN_FF_MT及 INT_CFG_FF_MT寄存器位中的值组合使用，以产生自由落体/运动中断。当X或Y或Z通道加速度值超过F

22、F_MT_THS寄存器预设定义的阈值，X，Y或Z高事件为真。因为有可能ELE=1，X，Y或Z高事件去抖期间出现或消失，位XHE，XHP，YHE，YHP，ZHE和ZPE能代表去抖计数器达到寄存器FF_MT_COUNT定义的阈值。相反，X和Y和Z通道的加速度值低于或等于FF_MT_THS寄存器预先设定的阈值，X，Y和Z为低事件有效。读取这个寄存器将清除FF_MT_SRC寄存器，同时如果ELE位被置位，将允许刷新FF_MT_SRC寄存器数据。如果ELE位清零为逻辑'0'，FF_MT_SRC寄存器的所有位在FF_MT_SRC寄存器显示事件标志的实时状态。注：ZHP，YHP和XHP的都是

23、极性或方向状态位。这些位不管是否已检测到该事件都将会更新。表8。运动/自由落体检测来源寄存器检测的事件（只读）和图例5.0配置运动/自由落体中断引脚为了将系统设置为链接到一个硬件中断引脚，系统中断（Bit 2在Reg 0X2D）必须置位。 MMA8451，2，3Q允许七（7）种单独类型的中断。其中之一（1）是运动/自由落体。例如，配置运动/自由落体功能，应遵循以下两个步骤。步骤1：设置中断寄存器地址0X2D中的Bit 2位,如表9所示。表9。0X2D CTRL_REG4寄存器（读/写） - 中断允许描述和联系相应的中断使能位允许运动/自由落体中断路由事件检测标志到微控器的中断控制器。中断控制器

24、配置已启用的中断功能到INT1或INT2引脚。要启用自由落体/运动功能，设置寄存器0X2D的Bit 2位如下：示例代码：IIC_RegWrite（0X2D,0x04）;步骤2：分配中断到INT1或INT2。这是通过设置表10中所示的寄存器0x2E来完成的。表10中. 0X2E CTRL_REG5寄存器（读/写）注意：要设置运动/自由落体中断到INT1寄存器0x2E的Bit 2位。示例代码：IIC_RegWrite（0X2E,0x04）;5.1读取系统中断状态来源寄存器于表11所示的中断源寄存器中，可确定各种嵌入式功能的状态。设置的位（逻辑'1'）表示该功能已产生中断，反之，被清

25、除的位（逻辑'0'）表示的功能还没有产生或消除了中断。所有中断都是上升沿有效。这些位通过由低到高的跳变来设置，并通过读取相应的中断源寄存器来清除。表11。 0X0C INT_SOURCE：系统中断状态寄存器（只读）6.0配置MMA8451，2，3Q运动/自由落体检测的详情表12中列出了配置MMA8451，2，3Q的运动检测或自由落体检测的重要寄存器。表12。运动/自由落体检测的重要寄存器设置6.1配置运动检测的步骤实例X or Y > 3g 使用 MFF 功能 4g, 100 Hz ODR, 普通模式第1步：使器件进入待机模式：寄存器0x2A CTRL_REG1IIC_R

26、egWrite（0X2A，0X18）;/ /将设备设置为100赫兹ODR，待机第2步：设置配置寄存器通过设置“或”条件OAE=1，使能X，Y方向运动检测和锁存IIC_RegWrite（0X15,0xD8）步骤3：设定移动侦测阈值>3g 注：步数0.063g/计数3g/0.063g= 47.6/ /四舍五入到48IIC_RegWrite（0X17，0X30）步骤4：设置去抖计数器100 Hz采样率，计时器100毫秒,以消除虚假读数。注：100 ms/10ms（步进）=10计数IIC_RegWrite（0X18,0X0A）;步骤5：启用系统中的运动/自由落体中断功能（CTRL_REG4）IIC_R