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學子專區—ADALM2000實驗：雙軸傾斜傳感器
前言：
作者：Andreea Pop，系統設計/架構工程師
Antoniu Miclaus，系統應用工程師
Doug Mercer，顧問研究員
目標
本次實驗的目標是使用ADXL327構建一個簡單的傾斜傳感器，并觀察輸出電壓如何隨x軸和y軸上的傾斜度而變化。
使用ADXL327的傾斜傳感器
背景知識
傾斜傳感器用于測量參考平面的多個軸上的傾斜度。這些傳感器可產生與相對于軸的傾斜度成比例的電信號。傾斜位置參考重力進行測量，通過傾斜位置就可以輕松檢測方向或傾斜度。
在本次實驗中，我們將使用ADXL327加速度計監測x和y兩個軸上的傾斜度。該集成電路的功能框圖如圖1所示。
圖1.ADXL327的功能框圖
ADXL327是一款完整的小尺寸、低功耗、三軸加速度計，提供經過信號調理的電壓輸出，它可以測量傾斜檢測應用中的靜態重力加速度，以及運動、沖擊或振動導致的動態加速度。輸出信號為模擬電壓，與加速度成比例。ADXL327采用單一結構檢測x、y和z軸。因此，這三個軸的檢測方向具有很高的正交特性且跨軸靈敏度很低。
圖2.加速度靈敏度軸
材料
? ADALM2000主動學習模塊
? 無焊試驗板和跳線套件
? 一個ADXL327加速度計
? 兩個0.047μF電容
? 一個0.1 μF電容
? 兩個AD8561比較器
? 四個LED
? 四個100 Ω電阻
圖3.ADXL327傾斜傳感器試驗板連接
硬件設置
首先，在無焊試驗板上構建圖1所示的電路。將CDC電容放置在ADXL327電源引腳附近，以使加速度計充分退耦，從而消除電源噪聲。對于大多數應用，單個0.1 μF電容比較適當。XOUT和YOUT引腳必須添加電容，以便利用低通濾波實現抗混疊和噪聲抑制。請參閱ADXL327數據手冊，了解如何選擇這些電容的值。對于此應用，可以使用0.047 μF濾波電容。試驗板連接如圖3所示。
程序步驟
打開3 V正電源，監視示波器通道1上的XOUT和通道2上的YOUT。在所有電源電壓下，零g偏置輸出標稱值等于VS/2。在本例中，可看到大約1.5 V的偏置信號。如果在x或y軸上以不同角度傾斜試驗板，輸出電壓將隨著檢測到的運動成比例地增大或減小。
圖4.零g偏置輸出
帶LED指示燈的傾斜傳感器
背景知識
我們在示波器上監測ADXL327加速度計的輸出電壓。使用AD8561比較器和LED，可以使傾斜傳感器在傾斜度發生變化或檢測到振動時發送光信號。每個軸使用一個AD8561比較器。兩個軸上的零g偏置輸出相似，并且將作為兩個比較器的基準。比較器的兩路輸出上各連接一個LED。兩個輸出信號相反，因此一次只有一個LED激活。
圖5.帶LED的傾斜傳感器的電路原理圖
圖6.帶LED的傾斜傳感器的試驗板連接
硬件設置
在無焊試驗板上，為加速度計的每路輸出添加兩個比較器和兩個LED（帶有相應的限流電阻）。電路原理圖如圖5所示，試驗板連接如圖6所示。
程序步驟
在這種情況下，我們需要將兩個比較器的電源V+和V-設置為±5 V。信號發生器通道1 (W1)將設置為恒定的3 V波形，并用作ADXL327的VS。信號發生器的第二通道(W2)將用作比較器的基準輸入，其值必須設置為大約等于零g輸出偏置。此值之前已針對加速度計的兩路輸出進行過測量（圖4）。這樣，每次檢測到傾斜度變化且電壓改變時，比較器的輸出都會改變其狀態，從而相應地點亮LED。示波器只有兩個通道可用，因此我們可以一次分析加速度計的一個輸出電壓，但LED會亮起并指示x軸和y軸有變化。XOUT連接到通道1，W2生成的基準電壓連接到通道2。
圖7.零g偏置XOUT和基準
如果在x軸上向右傾斜試驗板，比較器的輸入電壓將低于基準電壓，因此/OUT引腳將處于高電平，從而點亮相應的LED。
圖8.x軸向右傾斜對應的電壓
如果傾斜方向相反，即向左傾斜，則比較器的輸入電壓高于基準電壓，OUT引腳變為高電平，與其連接的LED點亮。
圖9.x軸向左傾斜對應的電壓
問題：
1. 改變CDC的值會對電路產生什么影響？
2. 用戶為什么要限制帶寬？限制XOUT、YOUT和ZOUT帶寬的標準是什么？
您可以在學子專區論壇上找到問題答案。
關于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。
關于作者
Andreea Pop自2019年起擔任ADI公司的系統設計/架構工程師。她畢業于克盧日-納波卡理工大學，獲電子與通信學士學位和集成電路與系統碩士學位。
Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學項目工作，同時為Circuits from the Lab®、QA自動化和流程管理開發嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前擁有貝碧思鮑耶大學軟件工程碩士學位，并擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。
Doug Mercer于1977年畢業于倫斯勒理工學院(RPI)，獲電子工程學士學位。自1977年加入ADI公司以來，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產品，并擁有13項專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉型，并繼續以名譽研究員身份擔任ADI顧問，為“主動學習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。
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