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智能手機和平板電腦等手持設備有觸摸屏和很多功能按鍵，為了節省電能，如果用戶在一定時間內沒有操作觸屏或按鍵，不管是否在運動，顯示屏就會自動關閉；如用戶想要再使用設備，就必須按按鍵打開屏幕。 一個數字MEMS加速度計通常有一個到兩個中斷輸出引腳，可以連接外部微處理器的I/O引腳。加速度計可配置成后臺監視加速度或運動，同時微處理器可以處理其它任務或進入低功耗的睡眠模式。當加速度計檢測到一個中斷信號時，微處理器將會從睡眠模式喚醒，檢查是否需要處理這個中斷請求。 本文論述使用加速度計的一個中斷引腳執行喚醒和非運動檢測并自動打開和關閉屏幕的方法。微處理器只需監測加速計中斷輸出引腳脈沖沿跳變，而無需讀取中斷信號源的寄存器。本文還附有加速度計配置代碼示例。 1. 前言 MEMS加速度計可輸出不同類型的中斷信號，例如，數據就緒、自由落體、豎屏/橫屏旋轉、單擊-雙擊、沖擊力檢測等[1]。某些加速度計還內置喚醒和無運動檢測功能，能夠根據運動強度，在低功耗的低輸出速率(ODR)和正常模式的高數據速率之間自動轉換，但是，這項功能只節省加速度計本身的功耗。 某些微處理器有兩個或更多個GPIO引腳，用戶可使用加速度計的兩個中斷輸出引腳實現喚醒和運動檢測兩項功能。不過，在某些情況下，微處理器只有一個GPIO引腳用作中斷處理，而用戶想還用一個中斷引腳實現兩項功能。 下面我們論述如何在一個中斷輸出引腳上使用高通濾波器(HPF)和自動落體AND邏輯來檢測喚醒運動和無運動條件，微處理器無需參與檢測過程。當微處理器收到加速度計中斷信號的上升沿，表示手持設備處于非運動狀態，收到下降沿時，表示設備處于運動狀態。 2. 硬件連接 圖1是加速度計與主處理器或微控制器的典型硬件連接圖。在初始化過程中通過I2C或SPI上電時，主處理器只需配置一次加速度計。然后，加速度計就會在后臺連續監測運動事件，功耗非常低。 加速度計的INT1引腳是推挽輸出，默認高電平有效。用戶可根據自己的實際應用將其改為開漏輸出或低電平有效。當高電平有效時，INT1引腳的最低電壓是0.9 * Vdd_IO，而低電平有效時，最高電壓是0.1 * Vdd_IO。加速度計Vdd_IO能夠與主處理器的數字IO電壓Vcc_IO靈活匹配。如果主處理器只有一個電源，可將加速度計的Vdd和Vdd_IO連在一起，直接連到電源。 圖1：主處理器與加速度計之間的硬件連接 如果手持設備在靜止狀態超過規定時間，加速度計將會通過INT1引腳發出從低電平向高電平跳變的上升沿中斷信號，主處理器將會關閉其它元器件，進入睡眠省電模式。 只要檢測到運動事件，加速度計就會發送一個從高電平向低電平跳變的下降沿的中斷信號。然后，主處理器被喚醒，并打開其它元器件，使設備正常工作。 如果手持設備在正常工作模式下保持運動狀態，加速度計INT1引腳上的中斷信號保持低電平。如果手持設備在任何傾斜位置始終保持靜止狀態，則加速度計中斷信號始終保持高電平。因此，主處理器能夠定期讀取加速度計INT1引腳的電平，再次檢查手持設備處于靜止狀態還是運動狀態。 3. 代碼示例 意法半導體開發的LIS3DH數字加速度計代碼示例[2] // Initialize accelerometer in the host processor. It only needs to be executed one time after power up in initialization routine. INT1_CFG配置與自由落體事件檢測相同，不同之處是：(1) 自由落體中斷無需使能HPF；(2) 自由落體時長在毫秒范圍內。5秒相當于自由落體距離122.5米，手持設備很少出現這種情況。 上述代碼示例如圖2所示。 圖2：加速度計INT1邏輯 ● 當手持設備在任何傾斜位置保持靜止狀態超過5秒時，加速度計INT1引腳從低電平跳變高電平，因為高通濾波器使能后，X/Y/Z軸加速度同時在±125mg THS內。 ● 手持設備的自由落體事件不會觸發INT1引腳從低電平跳變高電平，因為X/Y/Z軸加速度同時在±125mg THS內的時間少于5秒。 ● 如果因為運動的原因，X、Y和Z中任何一軸的加速度超過±125mg，且設備繼續保持運動狀態，INT1引腳就會從高電平跳變低電平。 ● 如果設備進入靜止狀態還不到5秒再次進入運動狀態，則INT1引腳繼續保持低電平，如果設備再次靜止，5秒時長將開始從50LSB倒計時，到0LSB終止，輸出數據速率為10Hz。 4. 結論 內置HPF和自由落體檢測功能的加速度計能夠從一個中斷引腳為微處理器提供可靠的喚醒和無運動檢測中斷信號。加速度計后臺工作，無需微處理器參與。用戶可按照自己的應用設計靈活配置加速度計的門限值和時長參數。在功耗方面，該解決方案的能效高于使用觸摸屏、按鍵和微處理器定時器開閉屏幕的方法。 5. 參考文獻 1. STMicroelectronics, Inc. J. Esfandyari et al, “Applying the interrupt features of a MEMS accelerometer”, EETimes, December, 2011 2. STMicroelectronics, Inc. AN3308: LIS3DH: MEMS digital output motion sensor ultra low-power high performance 3-axis “nano” accelerometer (http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/application_note/CD00290365.pdf?s_searchtype=keyword) |
