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過采樣原理在ADXL345上的實現、配置步驟、數據處理及噪聲考慮因素,以提高其輸出分辨率

eeDesigner ? 2024-12-24 09:36 ? 次閱讀

介紹了過采樣技術在 ADXL345 三軸加速度計中的應用,包括過采樣原理在 ADXL345 上的實現、配置步驟、數據處理及噪聲考慮因素,以提高其輸出分辨率,適用于對分辨率有更高要求的應用場景。
*附件:如何利用先進先出(FIFO)緩沖器提高ADXL345的分辨率.pdf

  1. 過采樣技術原理
    • 模數轉換基礎 :數字輸出加速度計(如 ADXL345)有內部 ADC,分辨率固定。過采樣技術以更高速率采樣模擬信號,結合數字濾波和抽取提高分辨率,原理是將總量化噪聲分散到更高帶寬,再濾波減少噪聲,從而在保持信噪比前提下提高分辨率。
    • 過采樣系數與分辨率關系 :過采樣系數決定輸出數據速率比所需速率高多少,如系數為 4 可提高 1 LSB 分辨率,系數為 16 可提高 2 LSB 分辨率,同時信噪比也會相應提高。
  2. ADXL345 中的過采樣實現
    • 器件特性 :ADXL345 是三軸加速度計,含 13 位 ADC 和 32 級 FIFO(每軸),可配置輸出數據速率,中斷系統靈活,適合過采樣。
    • 輸出數據速率設置 :先根據分辨率提升需求確定過采樣系數(提高 1 LSB 選 4,提高 2 LSB 選 16),再依應用所需數據速率設置傳感器輸出數據速率,如所需數據速率 12.5 Hz、分辨率提高 1 LSB 時,ADXL345 數據速率可設為 50 Hz,在 BW_RATE 寄存器設置。
    • FIFO 設置 :FIFO 存儲數據量達到過采樣系數值時產生水印(WM)中斷,可在 FIFO 模式或流模式下使用。通過 FIFO_CTL 寄存器設置產生 WM 中斷所需數據量,INT_ENABLE 寄存器使能 WM 中斷,INT_MAP 寄存器分配 WM 中斷到 INT1 或 INT2 引腳,詳細信息參考相關手冊。
  3. 數據處理與實例
    • 數據讀取與格式 :通過訪問數據寄存器(每軸兩字節)讀取 ADXL345 數據,有特定數據格式(如 ±2g 模式下右對齊數據格式),數據為二進制補碼形式。
    • 微處理器處理流程 :按所需數據速率配置 ADXL345 產生 WM 中斷,處理器讀取對應過采樣系數的數據,經數字濾波和抽?。ㄈ缜笃骄担┑玫剿璺直媛蕯祿?,過采樣系數為 4 時數據相加除以 2,為 16 時除以 4。
    • 實例說明 :以輸出數據速率 200 Hz、過采樣系數 4 為例,16 組數據存儲在 FIFO 產生 WM 中斷,展示數據處理過程,如四個數據相加除以 2 后分辨率提高 1 LSB,但要注意數據為二進制補碼,除法運算可能影響結果。
  4. 噪聲考慮因素 :過采樣僅改善 ADC 量化誤差,ADXL345 噪聲為白噪聲,輸出噪聲可根據噪聲密度、數字濾波器性能計算,給出移動平均數濾波器(16 倍過采樣提高 2 LSB、輸出數據速率 100 Hz)的增益響應圖輔助理解。
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