图 2 通过标准的 SPI 兼容串行接口实现与 MCP3204/3208 的通信。将 CS 线拉为低电平可 以启动与器件之间的通信。如果在引脚 CS 为低电平时给器件上电，则首先必须将此引脚 拉高， 然后再拉低才能启动通信。 在 CS 为低电平且 D 为高电平时接收到的第一个时钟 IN 构成启动位。启动位后跟的 SGL/DIFF 位用于确定使用单端还是差分输入模式进行转换。 之后的三位（D0、D1 和 D2）用于选择输入通道配置。相关内容具体见 MCP3204 的数据手 册。控制位选择如图 3。 由于 C51 没有 SPI 串口，这里需要使用 C51 的 i/o 通过软件模拟方式来实现 SPI 通信。 与 MCP3204 通信的 SPI 时序图如图 4 。
/*-------------------------------------------------------------------------------------------------函数名称： Get_H48C 函数功能：分别读取 X、Y、Z 和基准电压 VREF 的计数值 --------------------------------------------------------------------------------------------------*/ void Get_H48C(unsigned char ch) { SPI_CS = 0; start_operation();//发送启动 SPI_CLK = 0; //拉低等待 mcpch(3);//发生编码 delay_nus(40);//等待转化完毕 vref = read_spi(); SPI_CS = 1; delay_nms(2); SPI_CS = 0; //开始测量 X,Y,Z start_operation();//发送启动 SPI_CLK = 0; mcpch(ch);//发生编码 delay_nus(40); axis = read_spi(); //测量基准电压 SPI_CS = 1; } 注意，由于基准电压会发生变化，这里每测量一个轴的计数值，都要测量一次基准电压 值，以保持每次测量的准确性。 /*-------------------------------------------------------------------------------------------------函数名称：Get_xyzacc 函数功能：分别计算 X、Y、Z 的加速度 说 明：G = ((axis – vRef) / 4095) x (3.3 / 0.3663 即 G = (axis – vRef) x 0.0022 --------------------------------------------------------------------------------------------------*/ void Get_xyzacc(void) { unsigned char axisnum; for(axisnum=0; axisnum<3; axisnum++) { Get_H48C(axisnum); if(axisnum == 0) { if(axis >= vref) //测量基准电压
图 5 发送数据程序如下： void SEND_1(void) { SPI_IO=1; SPI_CLK=1; _nop_(); _nop_(); SPI_CLK=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } 上述程序发送一位数据 1，发送数据 0 的程序与其类似。这样我们就可以利用模拟的 SPI 跟 MCP3204 发送命令了。由于向 MCP3204 发送命令，以及从 MCP3204 接收数据，并 不是同时发生，所以这里使用一个 I/O 口实现了数据的发送与接收。 下图为 1-bit 数据接收到时序图。
三轴加速度传感器模块使用说明 概述
H48C 三轴加速度传感器能测量在三个轴（X、Y、Z）方向上的±3g 的加速度值，模块 板载一个自动负载调节器，为 H48C 提供 3.3V 的电源，H48C 输出的模拟信号（电压）由模 块上的 MCP3204（四通道，12-bit）读取并转换为数字信号输出。
特点
l l l l l 测量范围±3g（每个轴） 使用 MEMS (微型机电系统) 技术，实现自动补偿 板载自动负载调节器，和高解析度的 ADC 体积小巧：0.7" x 0.8" (17.8 mm x 20.3 mm) 工作温度范围广-25° to 75° C
基本连线图
H48C 连接到 C51 上只需要直接选择任意三个脚连接连接即可，如图
图 1 * 与单片机连接的引脚可以任意选择
工作原理
通过 MEMS 技术， 和内置的补偿 H48C 加速度传感器通过 MCP3204 模数转换器实现同 步输出， 要获取指定轴加速度的值， 实际上是读取指定轴的电压在通过下面的公式计算出加 速度的值，公式如下： G = ((axis – vRef) / 4095) x (3.3 / 0.3663) 在这个公式中 axis 和 vRef 表示通过 AD 转化得到的计数值， 4095 是一个 12-bitADC 的最大 计数输出，3.3 是 H48C 提供给内部的电压，0.3663 是加速度 1g 的时候 H48C 输出的电压。 我们可以把公式简化成如下表达式。 G = (axis – vRef) x 0.0022
XgForce = (axis - vref)*0.0022 ; else XgForce = (vref - axis)*0.0022 ; } if(axisnum == 1) { if(axis >= vref) YgForce = (axis - vref)*0.0022; else YgForce = (vref - axis)*0.0022; } if(axisnum == 2) { if(axis >= vref) ZgForce = (axis - vref)*0.0022; else ZgForce = (vref - axis)*0.0022; } } } 同时如果在静止的情况下， 我们还可以根据计算出来的相应轴的加速度值来计算倾斜角 度。 /*---------------------------------------------------------------函数名：GetXYtilt ( ) 功 能： 计算 X 和 Y 轴方向的角度 -----------------------------------------------------------------*/ void GetXYtilt(void) { float radianx,radiany; Get_xyzacc(); radianx = asin(XgForce); Xtilt = TILT(radianx); radiany = asin(YgForce); Ytilt = TILT(radiany); } 这里用到两个宏定义，来将 asin 得到的弧度值转换为角度值。具体如下： #define PI 3.1415926 #define TILT(a) a*180/PI //度＝弧度×180°/π 主程序 程序包含了"LCDDISPNUM.H"这个处理 LCD 数字显示的头文件， 具体见相关程序。 主程序使用了一个条件编译，通过对 ACCORTILT 对这个宏定义值的修改分别实现加 速度测量和倾斜角测量。当 ACCORTILT 设为 1 为加速度测量，设为 0 是角度测量。 使用定时器 T2 做串口通信时钟。
关于 MCP3204
Microchip 的 MCP3204/3208 器件是具有片上采样和保持电路的 12 位逐次逼近型模 数（Analog-to-Digital，D）转换器。MCP3204 可被编程为提供 2 组伪差分输入对或 4 个单 端输入。MCP3208 可被编程为提供 4 组差分输入对或 8 个单端输入。它使用与 SPI 协议 兼容的简单串行端口与器件通信。器件的转换速率可高达 100 ksps。MCP3204/3208 器件具 有 2.7V 至 5.5V 的宽电压工作范围。功能框图如下：
引脚的定义以及说明
（1）CLK （2）DIO （3）Vss （4）Zero-G （5）CS\ （6）Vdd 同步时钟输入 双向数据/从主机通信 电源地（0V） “自由落体”输出， 高电平有效 片选信号，低电平有效 电源+5v
标号 VDD VSS IDD VIH VIL VOH VOL
说明 工作电压 地连接 工作电流 高电压输入 低电压输入 高电压输出 低电压输出 采样率 ADC （MCP3204） 分辨率 测量范围 敏感度 精度 非线性度 工作温度范围 Zero-G 输出高电平 Zero-G 输出延时
图 6 这里采用的是 POST 模式，即接收数据应该在两个脉冲之间进行。 接收数据程序如下： unsigned int read_spi(void) { unsigned int read_verh = 0; unsigned int read_verl = 0; unsigned char count ; for(count=0; count<5; count++) { read_verh = (read_verh << 1); //读取高 5 位 SPI_CLK = 0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); SPI_CLK = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); SPI_CLK = 0; //形成一个脉冲 _nop_(); if(SPI_IO == 1) read_verh |= 0x01; else read_verl &= 0xfe;
最小 4.5
典型 5.0 0 7
最大 5.5 10 0.3 VDD
单位 V V Ma V V V V Sps Bit g mV/g %