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智能手機(jī)和平板電腦等手持設(shè)備有觸摸屏和很多功能按鍵，為了節(jié)省電能，如果用戶在一定時(shí)間內(nèi)沒有操作觸屏或按鍵，不管是否在運(yùn)動(dòng)，顯示屏就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；如用戶想要再使用設(shè)備，就必須按按鍵打開屏幕。 一個(gè)數(shù)字MEMS加速度計(jì)通常有一個(gè)到兩個(gè)中斷輸出引腳，可以連接外部微處理器的I/O引腳。加速度計(jì)可配置成后臺(tái)監(jiān)視加速度或運(yùn)動(dòng)，同時(shí)微處理器可以處理其它任務(wù)或進(jìn)入低功耗的睡眠模式。當(dāng)加速度計(jì)檢測到一個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，微處理器將會(huì)從睡眠模式喚醒，檢查是否需要處理這個(gè)中斷請求。 本文論述使用加速度計(jì)的一個(gè)中斷引腳執(zhí)行喚醒和非運(yùn)動(dòng)檢測并自動(dòng)打開和關(guān)閉屏幕的方法。微處理器只需監(jiān)測加速計(jì)中斷輸出引腳脈沖沿跳變，而無需讀取中斷信號(hào)源的寄存器。本文還附有加速度計(jì)配置代碼示例。 1. 前言 MEMS加速度計(jì)可輸出不同類型的中斷信號(hào)，例如，數(shù)據(jù)就緒、自由落體、豎屏/橫屏旋轉(zhuǎn)、單擊-雙擊、沖擊力檢測等[1]。某些加速度計(jì)還內(nèi)置喚醒和無運(yùn)動(dòng)檢測功能，能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，在低功耗的低輸出速率(ODR)和正常模式的高數(shù)據(jù)速率之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但是，這項(xiàng)功能只節(jié)省加速度計(jì)本身的功耗。 某些微處理器有兩個(gè)或更多個(gè)GPIO引腳，用戶可使用加速度計(jì)的兩個(gè)中斷輸出引腳實(shí)現(xiàn)喚醒和運(yùn)動(dòng)檢測兩項(xiàng)功能。不過，在某些情況下，微處理器只有一個(gè)GPIO引腳用作中斷處理，而用戶想還用一個(gè)中斷引腳實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能。 下面我們論述如何在一個(gè)中斷輸出引腳上使用高通濾波器(HPF)和自動(dòng)落體AND邏輯來檢測喚醒運(yùn)動(dòng)和無運(yùn)動(dòng)條件，微處理器無需參與檢測過程。當(dāng)微處理器收到加速度計(jì)中斷信號(hào)的上升沿，表示手持設(shè)備處于非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，收到下降沿時(shí)，表示設(shè)備處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 2. 硬件連接 圖1是加速度計(jì)與主處理器或微控制器的典型硬件連接圖。在初始化過程中通過I2C或SPI上電時(shí)，主處理器只需配置一次加速度計(jì)。然后，加速度計(jì)就會(huì)在后臺(tái)連續(xù)監(jiān)測運(yùn)動(dòng)事件，功耗非常低。 加速度計(jì)的INT1引腳是推挽輸出，默認(rèn)高電平有效。用戶可根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用將其改為開漏輸出或低電平有效。當(dāng)高電平有效時(shí)，INT1引腳的最低電壓是0.9 * Vdd_IO，而低電平有效時(shí)，最高電壓是0.1 * Vdd_IO。加速度計(jì)Vdd_IO能夠與主處理器的數(shù)字IO電壓Vcc_IO靈活匹配。如果主處理器只有一個(gè)電源，可將加速度計(jì)的Vdd和Vdd_IO連在一起，直接連到電源。 圖1：主處理器與加速度計(jì)之間的硬件連接 如果手持設(shè)備在靜止?fàn)顟B(tài)超過規(guī)定時(shí)間，加速度計(jì)將會(huì)通過INT1引腳發(fā)出從低電平向高電平跳變的上升沿中斷信號(hào)，主處理器將會(huì)關(guān)閉其它元器件，進(jìn)入睡眠省電模式。 只要檢測到運(yùn)動(dòng)事件，加速度計(jì)就會(huì)發(fā)送一個(gè)從高電平向低電平跳變的下降沿的中斷信號(hào)。然后，主處理器被喚醒，并打開其它元器件，使設(shè)備正常工作。 如果手持設(shè)備在正常工作模式下保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，加速度計(jì)INT1引腳上的中斷信號(hào)保持低電平。如果手持設(shè)備在任何傾斜位置始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，則加速度計(jì)中斷信號(hào)始終保持高電平。因此，主處理器能夠定期讀取加速度計(jì)INT1引腳的電平，再次檢查手持設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 3. 代碼示例 意法半導(dǎo)體開發(fā)的LIS3DH數(shù)字加速度計(jì)代碼示例[2] // Initialize accelerometer in the host processor. It only needs to be executed one time after power up in initialization routine. INT1_CFG配置與自由落體事件檢測相同，不同之處是：(1) 自由落體中斷無需使能HPF；(2) 自由落體時(shí)長在毫秒范圍內(nèi)。5秒相當(dāng)于自由落體距離122.5米，手持設(shè)備很少出現(xiàn)這種情況。 上述代碼示例如圖2所示。 圖2：加速度計(jì)INT1邏輯 ● 當(dāng)手持設(shè)備在任何傾斜位置保持靜止?fàn)顟B(tài)超過5秒時(shí)，加速度計(jì)INT1引腳從低電平跳變高電平，因?yàn)楦咄V波器使能后，X/Y/Z軸加速度同時(shí)在±125mg THS內(nèi)。 ● 手持設(shè)備的自由落體事件不會(huì)觸發(fā)INT1引腳從低電平跳變高電平，因?yàn)閄/Y/Z軸加速度同時(shí)在±125mg THS內(nèi)的時(shí)間少于5秒。 ● 如果因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的原因，X、Y和Z中任何一軸的加速度超過±125mg，且設(shè)備繼續(xù)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，INT1引腳就會(huì)從高電平跳變低電平。 ● 如果設(shè)備進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)還不到5秒再次進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則INT1引腳繼續(xù)保持低電平，如果設(shè)備再次靜止，5秒時(shí)長將開始從50LSB倒計(jì)時(shí)，到0LSB終止，輸出數(shù)據(jù)速率為10Hz。 4. 結(jié)論 內(nèi)置HPF和自由落體檢測功能的加速度計(jì)能夠從一個(gè)中斷引腳為微處理器提供可靠的喚醒和無運(yùn)動(dòng)檢測中斷信號(hào)。加速度計(jì)后臺(tái)工作，無需微處理器參與。用戶可按照自己的應(yīng)用設(shè)計(jì)靈活配置加速度計(jì)的門限值和時(shí)長參數(shù)。在功耗方面，該解決方案的能效高于使用觸摸屏、按鍵和微處理器定時(shí)器開閉屏幕的方法。 5. 參考文獻(xiàn) 1. STMicroelectronics, Inc. J. Esfandyari et al, “Applying the interrupt features of a MEMS accelerometer”, EETimes, December, 2011 2. STMicroelectronics, Inc. AN3308: LIS3DH: MEMS digital output motion sensor ultra low-power high performance 3-axis “nano” accelerometer (http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/application_note/CD00290365.pdf?s_searchtype=keyword) |
