中北大学2009届毕业设计说明书
ADXL150的管脚排列如图3.2所示，COMMON为公共接地端；ZERO g ADJ为0g调节端；SELF-TEXT为自检端，当其输入为高电平时芯片进入自检模式；Vout为信号输出端，此端可直接连接ADC进行模数转换；Vs为电源输入端。
图3.2 ADXL150的封装形式
3.1.3 ADXL150内部结构
ADXL150内部结构图3.3所示，主要由5部分组成：敏感元件、增益放大、时钟源、同步解调、缓冲放大器。
图3.3 ADXL150的内部结构图
（1）敏感元件
敏感元件时通过在氧化层上沉积多晶硅，然后经过蚀刻形成的。
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图3.4 敏感元件结构图
图3.4是一个简化的敏感元件结构图。实际传感器由42个这样的晶胞检测加速度。中间横梁由于加速度左右而移动，引起板间电容改变，最后转换为电压输出。 （2）ADXL150中的增益放大运放是将敏感元件输出的信号进行放大以便测量。 （3）ADXL150加速度传感器的时钟源主要为敏感元件和同步解调电路提供100kHz的时钟信号。
（4）同步解调系统能够抑制除敏感元件信号外的所有信号，能够时传感器不受电磁干扰和无线电频率干扰。
（5）缓冲放大器可以调节传感器的输出比例系数，正常情况下为38mV/g。 3.1.4 ADXL150基本电路
可以采用外接电源与地之间接0.1uF去耦电容供电。通过调节R1b可以增加输出精度，调节RT可改变直流偏置，通常将0g时的输出调节到2.5v[17]。
图3.5 基本电路
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3．2 放大电路
ADXL150虽然内部已经有放大电路、滤波电路和缓冲输出电路，但其输出的信号的幅值仍然很小，不利于后级电路处理和A/D转换。所以在ADXL150输出端连接了放大电路。放大电路中使用一片LM358AN。具体电路如图3.6所示。
图中V1为ADXL150的Ｖ1信号输出端口。LM358AN为反相放大器，电路中R1=91K、R4=4.7K所以此电路为经典反相放大电路，其增益系数为R1/R4=19.4。LM358AN构成了一个放大倍数为19.4倍的反相放大电路，将ADXL150的输出端口的信号放大并反相，使波形与ADXL150原始输出方向相同[7]。
图3.6 放大电路
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3．3 双向检波电路
加速度传感器输出振动信号经放大电路放大后输出为无规则信号，无法为单片机提供终端触发信号。所以要将放大电路输出信号经过双向检波电路和电压比较电路才能够为单片机提供中断触发信号和A/D采集控制电平[8]。所以要将放大电路输出再经过双向检波电路使波形变的更加平滑，如图3.7所示。
图3.7 双向检波电路
V2接图3.6中的输出信号V2，此电路中二极管D1、D2起到检波作用。当输入信号V2为正极性时，D1导通，D2截止，当输入信号V2为负极性时，D1导通，D2截止。经过二极管D1、D2滤波电路输出波形都为正向波形，再经过LM358放大器输出信号将更加平滑，差动放大器的输入信号为两个滤波信号的差，经LM358放大器后输出信号与输入信号的关系为：
U0?R2R6?UD1?UD2? （式3.1）
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3．4 电压比较电路
经双向检波电路输出的波形还不能直接输入AT89C51单片机，为单片机提供中断触发控制信号。必须要经过一个电压比较电路，如图3.8所示。
图3.8 电压比较电路
本电路中使用LM393构成电压比较电路，双向检波输出信号由LM393的2端输入，电位器R12调节触发电压输入3端。由1端经过一个10kΩ的上拉电阻为AT89C51单片机提供中断触发信号和采集控制电平。AT89C51单片机进入中断后启动A/D采集，采集多长时间是由电压比较电路输出的低电平的宽度决定[9]。 3．5 A/D转换电路
在系统控制和数据采集中，经常遇到数值随时间连续变化的物理量，这种连续变化的物理量，称为模拟量，与此相对应的电信号是模拟电信号。显然，模拟量要输入到计算机系统中，必须要经过模拟量到数字量的转换(A/D转换)，计算机才能接受。
A/D转换过程主要包括采样、量化与编码。采样是使模拟信号在时间上离散
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