MMA8452Q 加速度计开发板使用指南

一、引言

Freescale 的 MMA8452Q 是一款智能、低功耗、三轴电容式微机械加速度计，拥有 12 位分辨率。它适用于任何需要感知方向或运动的项目。为了方便与小巧的 QFN 封装进行交互，我们将其集成到了开发板上。

文件下载：SEN-12756.pdf

二、教程涵盖内容

本教程旨在帮助你尽快上手 MMA8452Q，它分为几个部分来解释开发板的工作原理和使用方法：

1. 硬件概述：介绍 MMA8452Q 集成电路本身以及我们将其集成的开发板。
2. 示例连接：说明如何将 MMA8452Q 连接到常见的 Arduino 板。
3. 示例代码：我们编写了一个 Arduino 库，使你的 Arduino 代码更简洁易写。本部分将展示使用该库的示例代码，并演示如何自行使用该库控制加速度计。

三、所需材料

要完成本教程，你需要以下独特的组件：

1. MMA8452Q 开发板：这是一个很好的起点（除非你打算直接使用微小的集成电路）。
2. Arduino 板：你可以使用任何手头的 Arduino 板，如 Arduino Uno、RedBoard、Pro、Mega 等。
3. 330Ω 电阻：如果你使用的是 5V 微控制器，这些电阻将有助于保护 MMA8452Q 免受超出规格的电压影响。

此外，你还需要开发板和 Arduino 之间的某种互连方式，面包板和跳线是常用的组合。最后，你需要在 MMA8452Q 开发板上焊接一个连接器。如果你使用面包板连接，建议使用直插式公头引脚。

四、硬件概述

引脚功能

MMA8452Q 开发板引出了加速度计上几个最重要的引脚，各引脚功能如下：	Pin Label	Pin Function	Input/Output	Notes
3.3V	Power Supply	Input	电压应在 1.95 - 3.6V 之间
SDA	I²C Data Signal	Bi-directional	双向数据线，电压不应超过电源电压（如 3.3V）
SCL	I²C Clock Signal	Input	主控制时钟信号，电压不应超过电源电压（如 3.3V）
I2	Interrupt 2	Output	可编程中断，可指示数据就绪、方向改变、敲击等
I1	Interrupt 1	Output	可编程中断，可指示数据就绪、方向改变、敲击等
GND	Ground	Input	0V/公共电压

电压供应要求

MMA8452Q 的最大电压为 3.6V，这适用于电源和 I²C 引脚。如果你在 3.3V 系统中使用该传感器，可以直接连接；但如果你使用的是 5V 设备（如 Arduino Uno），则需要在设备之间进行电平转换。幸运的是，MMA8452Q 正常工作所需的功率并不大，在正常工作模式下，它的电流需求在 7 到 165 µA 之间。

地址选择跳线

MMA8452Q 具有可选的 I²C 地址，以防你在同一总线上运行多个 MMA8452Q 或出现地址冲突。加速度计上的“SA0”引脚可以连接到电源或地来选择地址：	SA0 Voltage	MMA8452Q I²C Address
0V	0x1C
3.3V (VCC)	0x1D

开发板背面有一个跳线，用于将该引脚拉高或拉低。默认情况下，跳线是断开的，这会将 SA0 引脚拉高（板的正面有一个电阻来辅助完成此任务）。如果你通过涂抹一小滴焊锡将两个焊盘连接起来，SA0 将被拉低。对于大多数只使用一个 MMA8452Q 的情况，你可以不碰这个跳线，此时 I²C 地址将为 0x1D。

五、示例连接

焊接操作

在将开发板插入面包板或连接到其他设备之前，你需要在引出引脚处焊接连接器或电线。具体焊接什么取决于你的使用方式。如果你要在面包板或类似的 0.1 英寸间距的穿孔板上使用开发板，建议在引脚处焊接直插式公头引脚（如果需要，也有长引脚可供选择）。如果你要将开发板安装在紧凑的外壳中，你可能需要直接将电线（多股或单股）焊接到引脚处。

简单连接

我们将使用 Arduino 与 MMA8452Q 进行通信并解释传感器的数据。由于使用的是 I²C 接口，我们只需要两根线（除了电源和地）。具体连接方式为：为加速度计提供电源（3.3V 和 GND），然后连接设备之间的 SCL 和 SDA 线。在每条 I²C 线上串联两个 330Ω 电阻将有助于进行一些简单的电平转换。

电平转换

由于 MMA8452Q 的最大电压为 3.6V，你需要在 Arduino 和加速度计之间进行一些电平转换。使用 Arduino 的 3.3V 电源为加速度计供电是一个好的开始，但你还需要在 SDA 和 SCL 线上添加一些保护。在上述示例连接中，我们在 SDA 和 SCL 线上使用了一对串联电阻。这种“电平转换”方法在紧急情况下可以使用，但如果你想要更可靠的电平转换设置，建议在开发板之间使用更强大的电平转换器。市面上有一些逻辑电平转换板可供选择，例如可以使用双向逻辑电平转换器在 Arduino 和加速度计之间进行连接。或者，如果你想完全跳过电平转换，可以使用 3.3V 的 Arduino Pro（或 Pro Mini），并将整个系统运行在 3.3V 下。

六、示例代码

库的安装

我们编写了一个 Arduino 库，使与 MMA8452Q 的交互尽可能简单。你可以点击链接下载该库，也可以从 GitHub 仓库获取最新版本。要安装该库，将 SFE_MMA8452Q 文件夹提取到 Arduino 草图本的库文件夹中。如果你在安装 Arduino 库时需要帮助，建议查看我们的“如何安装 Arduino 库”教程。

加载示例草图

安装 SFE_MMA8452Q 库后，重启 Arduino。然后转到“文件”>“示例”>“SFE_MMA8452Q”>“MMA8452Q_Basic”以打开示例草图。设置好开发板和串口后，将草图上传到 Arduino，然后打开串口监视器。你将开始看到加速度值滚动显示，以及一些关于传感器方向的信息。尝试移动传感器以改变这些值。如果传感器静止平放在桌子上，z 轴应感受到 1g 的加速度，而其他轴的加速度约为 0。通过旋转开发板使其他轴感受到重力的拉力来测试它们。

使用 SFE_MMA8452Q 库

在使用 MMA8452Q Arduino 库时，有一些要点需要注意。例如，“scale”参数可以是 SCALE_2G、SCALE_4G 或 SCALE_8G，“odr”变量可以是 ODR_800、ODR_400、ODR_200、ODR_100、ODR_50、ODR_12、ODR_6 或 ODR_1，分别将数据速率设置为 800、400、200、100、50、12.5、6.25 或 1.56 Hz。

读取和使用值

设置好加速度计后，你可以立即开始读取芯片输出的数据。读取和使用值分为两个步骤。首先，调用 read() 函数获取值：

accel.read(); // Update acceleromter data

调用 read() 函数后，你可以使用两组值来使用数据。从 x、y 和 z 类变量读取将返回直接从加速度计读取的有符号 12 位整数：

xAcceleration = accel.x; // Read in raw x­axis acceleration data
Serial.print("Acceleration on the x­axis is ");
Serial.println(xAcceleration);

或者，如果你想要带有物理单位的值，可以使用 cx、cy 和 cz 类变量。这些是从加速度计读取的计算后的加速度值，单位为 g：

zAcceleration = accel.cz; // Read in calculated z­axis acceleration
Serial.print("Acceleration on the z­axis is: ");
Serial.print(zAcceleration);
Serial.println(" g's");

请记住，这些变量只有在调用 read() 函数后才会更新。在开始使用加速度值之前，请确保调用了该函数。

读取方向

MMA8452Q 有许多实用的额外功能，其中之一是方向检测，它可以估计设备是处于横向模式、纵向模式还是平放状态。要从加速度计读取纵向/横向数据，使用 readPL() 函数。该函数返回一个字节，其值可能为 PORTRAIT_U、PORTRAIT_D、LANDSCAPE_R、LANDSCAPE_L 或 LOCKOUT：

byte pl = accel.readPL();
switch (pl) { 
    case PORTRAIT_U: Serial.print("Portrait Up"); break;
    case PORTRAIT_D: Serial.print("Portrait Down"); break;
    case LANDSCAPE_R: Serial.print("Landscape Right"); break;
    case LANDSCAPE_L: Serial.print("Landscape Left"); break;
    case LOCKOUT: Serial.print("Flat"); break;
}

如上述示例所示，你可以使用 if 或 switch 语句来检查加速度计的方向。

七、资源与拓展

相关文档

如果你需要更多与 MMA8452Q 相关的文档，可以参考以下资源：

1. MMA8452Q 数据手册：包含了 MMA8452Q 的电气特性、寄存器、通信规格等大量信息。
2. MMA8452Q 开发板原理图：MMA8452Q 开发板的 PDF 原理图。
3. MMA8452Q 开发板 Eagle 文件：MMA8452Q 开发板的 PCB 设计文件。
4. MMA8452Q 开发板 GitHub 仓库：与 MMA8452Q 相关的设计文件和示例代码。

拓展项目

我们非常喜欢加速度计，以下是一些使用加速度计的教程和项目，供你参考：

1. Are You Okay? Widget：了解 Elecia 如何将 MMA8452Q 嵌入到填充动物中，创建“Are-You-OK Widget”。摇晃填充动物即可发送推文，让你的朋友知道你的情况。
2. Getting Started with the RedBot：MMA8452Q 与 RedBot 套件一起使用，添加碰撞检测功能。
3. Das Blinken Top Hat：在你的 LED 帽子上添加加速度计，根据头部倾斜控制闪烁模式。
4. Simon Tilts：加速度计不是唯一能够检测倾斜的传感器。查看 Simon Tilt 游戏，它使用了一种非常巧妙的光学方法来检测六种不同的方向。
5. Dungeons and Dragons Dice Gauntlet：你可以将加速度计嵌入到你的 D&D 护腕中，每当你摇晃手臂时就可以滚动虚拟骰子！

你在使用 MMA8452Q 开发板的过程中有没有遇到什么有趣的问题呢？或者你对哪个拓展项目最感兴趣呢？欢迎在评论区分享你的想法。