隨著(zhù)蘋(píng)果iPhone和任天堂Wii游戲機的流行，加速度傳感器在消費類(lèi)電子設備中得到了廣泛的應用。例如，筆記本中的跌落保護、MP4/手機中的屏幕自動(dòng)翻轉、輕敲手機掛斷電話(huà)以及手機“翻轉靜音”等等。這些應用改變了傳統設備與用戶(hù)之間的交互方式，使產(chǎn)品有了更好的用戶(hù)體驗。意法半導體（ST）的微機械加速度傳感器不僅能夠輸出加速度的數值，同時(shí)集成了很多的功能模塊，可以實(shí)現上述的應用。我們將以L(fǎng)IS35DE和LIS331DLH芯片內部的功能模塊作為線(xiàn)索，介紹意法半導體加速度傳感器的性能特點(diǎn)，并介紹如何配置傳感器的功能模塊來(lái)實(shí)現特定的應用。

雙中斷配置

跌落保護對于配置了硬盤(pán)的便攜式設備來(lái)說(shuō)非常重要。該功能在高檔筆記本電腦中的應用已經(jīng)非常普遍。三軸加速度傳感器LIS35DE、LIS33DE和LIS331DLH/M/F均能通過(guò)中斷管腳并對加速度門(mén)檻寄存器進(jìn)行設置來(lái)實(shí)現跌落保護功能。其中，加速度門(mén)檻寄存器是用來(lái)設置門(mén)檻加速度的寄存器，而中斷設置寄存器是用來(lái)設置中斷輸出的條件和中斷源判定的寄存器。下面以自由落體檢測為例說(shuō)明檢測原理和中斷配置方法。

物體如果處于靜止狀態(tài)，就只受重力加速度的影響，而且物體三個(gè)軸上的重力加速度矢量和為1g。

物體如果處于自由落體狀態(tài)，理論上在物體的X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸上的加速度均為零。而在實(shí)際情況中，由于空氣阻力和下落旋轉時(shí)產(chǎn)生的離心力，三個(gè)軸上的加速度矢量和應是某一個(gè)較小的數值。

靜止時(shí)，物體在三個(gè)軸上的加速度不可能同時(shí)小于577mg。當然，這是一個(gè)理論上的上限參考值�？紤]到加速度傳感器在0g時(shí)的誤差和溫度變化對測量精度的影響，為防止誤觸發(fā)，可以將這個(gè)門(mén)檻值設定為360mg。如果三個(gè)軸上的加速度同時(shí)小于360mg，我們就可以認為物體處于自由落體狀態(tài)，可以觸發(fā)中斷。需要注意的是，這個(gè)門(mén)檻值是一個(gè)絕對值，并且門(mén)檻值對X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸都是有效的，因此，我們可以設置加速度在某一軸上超過(guò)門(mén)檻值就產(chǎn)生中斷(“或”的關(guān)系)或者加速度在三個(gè)軸上都超過(guò)門(mén)檻值才產(chǎn)生中斷(“與”的關(guān)系)。這樣，在做跌落保護時(shí)，應該選擇“與”的關(guān)系作為跌落的判定條件。

LIS35DE和LIS331DLH/M/F能夠提供兩個(gè)中斷配置寄存器以及互相獨立的中斷配置寄存器與加速度門(mén)檻寄存器。一個(gè)中斷信號用于跌落檢測的同時(shí)，另一個(gè)中斷可以用來(lái)設置為喚醒，即當加速度大于設定的門(mén)檻值時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生喚醒中斷。除了上述兩個(gè)功能外，還可以把中斷設定為數據更新通知和敲擊檢測等功能。

高通濾波器

iPhone3.0集成了一個(gè)新的功能，即只需要晃動(dòng)手機就可以取消剛才的操作。如果通過(guò)這樣一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作來(lái)代替按鍵甚至做一些新應用，例如搖色子游戲、切換音樂(lè )等，就可以使一些常用的功能變得有趣起來(lái)。如果采用上述中斷管腳寄存器實(shí)現這樣的功能，就會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題———重力。由于重力的存在，用戶(hù)不能簡(jiǎn)單地在FF_WU_TSH1寄存器中設置統一的門(mén)檻值來(lái)作為晃動(dòng)或者喚醒中斷的判定條件。為此，LIS35DE集成了高通濾波器，能夠濾除緩慢變化或不變的加速度(如重力加速度)，并且可以選擇截止頻率，如表1所示。只有變化頻率高于截止頻率的加速度才能通過(guò)。

有了高通濾波器以后，通過(guò)晃動(dòng)來(lái)切換手機播放的音樂(lè )就變得比較簡(jiǎn)單了。具體的原理是，檢測手機向左、向右晃動(dòng)時(shí)加速度的變化軌跡，以此來(lái)定義切換歌曲的順序。當向左晃動(dòng)手機時(shí)(切換至上一首歌)，在Y軸上會(huì )產(chǎn)生一個(gè)較大的加速度，并且加速度的方向是先負后正。反之，如果向右晃動(dòng)手機(切換至下一首歌)，在Y軸上的加速度是先正后負。在這個(gè)應用中，高通濾波器去除了重力加速度的影響。在一次有效晃動(dòng)的時(shí)間范圍內(如200ms)，正向和負向的加速度都觸發(fā)了中斷，我們即可判定為一次有效晃動(dòng)；再通過(guò)判斷正向加速度和負向加速度出現的先后順序，我們就可以確定晃動(dòng)的方向。

6D檢測

在3維空間中，根據3個(gè)軸上正負方向的不同可以將物體的位置分為6種狀態(tài)，分別是上下、左右、前后。如圖1所示。這種空間位置信息對于手持式設備是很有用的。它不僅能讓使用者了解當前設備的空間狀態(tài)，還能在此基礎上開(kāi)發(fā)出一些新的應用，如“翻轉靜音”等等。

物體在三維空間中的狀態(tài)

LIS331DLF/M/H系列加速度傳感器集成6D檢測功能模塊。如果設備的空間位置發(fā)生了變化，它能夠以中斷的形式通知系統。

這種功能是靠檢測靜止時(shí)重力加速度在各個(gè)軸上的分量是否超過(guò)一定門(mén)檻值來(lái)實(shí)現的。它允許用戶(hù)自己設定這個(gè)門(mén)檻值，給用戶(hù)很大的靈活性。XH/YH/ZH分別代表X/Y/Z軸的正方向。XL/YL/ZL分別代表X/Y/Z軸的負方向。當檢測到的加速度在正方向大于門(mén)檻值的時(shí)候，XH/YH/ZH為1；當檢測到的加速度在負方向小于門(mén)檻值的時(shí)候，XL/YL/ZL為1。通過(guò)讀取中斷狀態(tài)寄存器INTx_SRC，我們可以判定此時(shí)設備的狀態(tài)。

根據門(mén)檻值的不同，用戶(hù)可以更精確地定義某些狀態(tài)。以X軸/Y軸為例，為了較為精確地定義位置，可以將門(mén)檻值設置得高一些，這樣在X和Y軸之間會(huì )留下一些“死區”。在“死區”范圍內，傳感器不會(huì )觸發(fā)6D中斷。只有物體的實(shí)際位置更接近用戶(hù)定義的區域時(shí)，才會(huì )觸發(fā)中斷。這一功能在一些應用中可以避免用戶(hù)的誤操作。

下面以翻轉手機實(shí)現靜音為例，說(shuō)明檢測原理和6D檢測功能的設置。由于重力加速度始終存在，平放在桌子上的手機在Z軸負方向的(指向地心)加速度為1g，X軸和Y軸上沒(méi)有加速度(為零或者很小)。

當需要靜音時(shí)，將手機翻轉過(guò)來(lái)，背面朝上放置于桌上。此時(shí)X軸和Y軸上仍然沒(méi)有加速度，但是重力加速度加在了Z軸的正方向上。通過(guò)檢測Z軸正負方向上的重力加速度，就可以知道手機當前的狀態(tài)。這種方案需要不斷地檢測加速度值，因此占用系統的大量資源。

如果使用6D檢測功能，只需要等待來(lái)自Z軸正方向上的中斷就可以識別手機是否翻轉，這極大地節約了系統資源。

單/雙擊識別

諾基亞8800CA手機除了有“翻轉靜音”的功能外，還有雙擊手機顯示時(shí)鐘的功能。其中敲擊的識別可以通過(guò)加速度傳感器來(lái)實(shí)現。LIS35DE集成了識別單擊或雙擊的功能模塊，通過(guò)寄存器設計就可以識別出單擊以及兩次單擊是否符合雙擊的條件。LIS35DE的單雙擊功能由地址為38h～3Fh的寄存器控制，如表2所示。

單擊識別的過(guò)程需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件。一是敲擊產(chǎn)生的加速度值高于門(mén)檻值，二是加速度的值高于門(mén)檻值，小于CLICK_TimeLimit的數值要求。當敲擊同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件時(shí)，就可以判定為一次單擊。而大于CLICK_TimeLimit的數值要求時(shí)，則不會(huì )有中斷產(chǎn)生。

在檢測出第一次單擊的基礎上，第二次單擊的識別必須滿(mǎn)足CLICK_Latency和CLICK_Windows設定的條件。只有第二次單擊落在CLICK_Windows時(shí)間段內，才是一次有效的雙擊，否則只能判定為兩次單擊。CLICK_Latency是用來(lái)設定第一次單擊被識別后的功能關(guān)閉時(shí)間的，它用來(lái)消除噪聲加速度，防止誤觸發(fā)。

而配合CTRL_REG3(22h)寄存器來(lái)設定中斷信號，是通過(guò)中斷管腳1或2的輸出，通過(guò)中斷通知的方式實(shí)現單雙擊功能的。

休眠模式

便攜類(lèi)電子設備對電子元器件的功耗有比較高的要求，因此，意法半導體的LIS35DE可以設置兩種模式：正常工作模式(<0.5mA)和掉電模式(<1μA)。盡管LIS35DE在正常工作模式下只有小于0.5mA的消耗電流，但是為了獲得更長(cháng)的待機時(shí)間，可以使LIS35DE進(jìn)入掉電模式來(lái)降低功耗。

這兩種工作模式對于大多數的應用已經(jīng)足夠了，但是對于采用加速度傳感器實(shí)現喚醒的功能來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)工作模式就稍顯不足了。因為喚醒功能需要主處理器配置相應的寄存器，把LIS35DE從掉電模式喚醒，并且還需要幾十毫秒的等待時(shí)間；與此同時(shí)，在待機時(shí)0.5mA的電流還是有些大。例如，在使用加速度傳感器喚醒GPS（全球定位系統）時(shí)，如果GPS處于靜止狀態(tài)，沒(méi)有加速度變化，GPS的主處理器就進(jìn)入待機模式；一旦有運動(dòng)發(fā)生，加速度傳感器感知到加速度的變化，就可發(fā)出中斷信號來(lái)喚醒主處理器和LNA。在GPS待機時(shí)，加速度傳感器一直處于工作狀態(tài)，不能進(jìn)入掉電模式，否則，加速度傳感器就需要其他器件將其喚醒。

在LIS331DLH/M/F加速度傳感器中，不但具有上述兩種模式，還具有低功耗模式。在該模式下，數據的輸出更新頻率可以設置為0.5Hz/1Hz/2Hz/5Hz，此時(shí)消耗電流僅為10μA～60μA，遠遠小于LIS35DE正常工作時(shí)0.5mA的電流。

在低功耗模式下，加速度傳感器仍然處于工作狀態(tài)，但消耗很低的功耗。它不需要被其他器件喚醒。相反，還可以檢測設備的運動(dòng)狀態(tài)并在特定條件下喚醒主處理器。這就極大地降低了系統待機功耗。該器件不但可用于PNS（便攜導航系統）的智能運動(dòng)檢測，還可用于手機屏幕的動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮應用以及一些手機寵物游戲中。

總體說(shuō)來(lái)，意法半導體在加速度傳感器上有廣泛的產(chǎn)品組合，為不同的應用集成了方便易用的功能模塊。每個(gè)功能模塊不僅針對特定的應用簡(jiǎn)化了軟件設計，而且功能模塊之間協(xié)調工作可以完成更復雜的應用。