加速度传感器芯片MMA8451Q初步—

MMA845xQ系列是飞思卡公司出品的一系列加速度传感器芯片，通过测量XYZ三轴的加速度可以检测倾角，自由落体，翻转，脉冲，振动等一系列运动状态。
我用的是14位精度的MMA8451Q。单片机型号为STC8A8K64。

通过读取倾角寄存器获得X,Y,Z三个方向的重力加速度向量值，根据三角函数公式，计算传感器与自然坐标轴的夹角。
另外初步测试了偏差校正功能。

I2C读写模块 MMA8451.c/MMA8451.h

MMA8451.h

#ifndef __MMA8451_H
#define __MMA8451_Hextern unsigned char BUF[6];void Init_MMA8451();
void Multiple_read_MMA8451();
unsigned char Single_Read_MMA8452(unsigned char REG_Address);
void Single_Write_MMA8451(unsigned char REG_Address,unsigned char REG_data);
#endif

MMA8451.c

#include "MMA8451.h"
#include "intrins.h"
#include "config.h"#define   uchar unsigned char
#define   uint unsigned inttypedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned int WORD;
typedef unsigned long int LWORD;sbit      SCL=P1^1;      //IIC时钟引脚定义 根据自己线路板连接
sbit      SDA=P1^0;      //IIC数据引脚定义#define    SlaveAddress   0x38BYTE BUF[6]; //数据区 /**************************************
延时5微秒(STC90C52RC@12M)
不同的工作环境,需要调整此函数，注意时钟过快时需要修改
当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
**************************************/
void Delay5us()
{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}/**************************************
延时5毫秒(STC90C52RC@12M)
不同的工作环境,需要调整此函数
当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
**************************************/
void Delay5ms()
{WORD n = 560;while (n--);
}/**************************************
起始信号
**************************************/
void MMA8451_Start()
{SDA = 1;                    //拉高数据线SCL = 1;                    //拉高时钟线Delay5us();                 //延时SDA = 0;                    //产生下降沿Delay5us();                 //延时SCL = 0;                    //拉低时钟线
}/**************************************
停止信号
**************************************/
void MMA8451_Stop()
{SDA = 0;                    //拉低数据线SCL = 1;                    //拉高时钟线Delay5us();                 //延时SDA = 1;                    //产生上升沿Delay5us();                 //延时
}/**************************************
发送应答信号
入口参数:ack (0:ACK 1:NAK)
**************************************/
void MMA8451_SendACK(bit ack)
{SDA = ack;                  //写应答信号SCL = 1;                    //拉高时钟线Delay5us();                 //延时SCL = 0;                    //拉低时钟线Delay5us();                 //延时
}/**************************************
接收应答信号
**************************************/
bit MMA8451_RecvACK()
{SCL = 1;                    //拉高时钟线Delay5us();                 //延时CY = SDA;                   //读应答信号SCL = 0;                    //拉低时钟线Delay5us();                 //延时return CY;
}/**************************************
向IIC总线发送一个字节数据
**************************************/
void MMA8451_SendByte(BYTE dat)
{BYTE i;for (i=0; i<8; i++)         //8位计数器{dat <<= 1;              //移出数据的最高位SDA = CY;               //送数据口SCL = 1;                //拉高时钟线Delay5us();             //延时SCL = 0;                //拉低时钟线Delay5us();             //延时}MMA8451_RecvACK();
}/**************************************
从IIC总线接收一个字节数据
**************************************/
BYTE MMA8451_RecvByte()
{BYTE i;BYTE dat = 0;SDA = 1;                    //使能内部上拉,准备读取数据,for (i=0; i<8; i++)         //8位计数器{dat <<= 1;SCL = 1;                //拉高时钟线Delay5us();             //延时dat |= SDA;             //读数据               SCL = 0;                //拉低时钟线Delay5us();             //延时}return dat;
}//******单字节写入*******************************************void Single_Write_MMA8451(uchar REG_Address,uchar REG_data)//2a 01
{MMA8451_Start();                  //起始信号MMA8451_SendByte(SlaveAddress);   //发送设备地址+写信号MMA8451_SendByte(REG_Address);    //内部寄存器地址MMA8451_SendByte(REG_data);       //内部寄存器数据MMA8451_Stop();                   //发送停止信号
}//********单字节读取*****************************************uchar Single_Read_MMA8452(uchar REG_Address)
{  uchar REG_data;MMA8451_Start();                          //起始信号MMA8451_SendByte(SlaveAddress);           //发送设备地址+写信号MMA8451_SendByte(REG_Address);                   //发送存储单元地址，从0开始    MMA8451_Start();                          //起始信号MMA8451_SendByte(SlaveAddress+1);         //发送设备地址+读信号REG_data=MMA8451_RecvByte();              //读出寄存器数据MMA8451_SendACK(1);   MMA8451_Stop();                           //停止信号return REG_data;
}//*********************************************************
//
//连续读出MMA8451内部加速度数据，地址范围0x01~0x06
//
//*********************************************************
void Multiple_read_MMA8451()//Multiple_Read_MMA8451();
{   uchar i;MMA8451_Start();                          //起始信号MMA8451_SendByte(SlaveAddress);           //发送设备地址+写信号MMA8451_SendByte(0x01);                   //发送存储单元地址，从0x01开始  MMA8451_Start();                          //起始信号MMA8451_SendByte(SlaveAddress+1);         //发送设备地址+读信号for (i=0; i<6; i++)                      //连续读取6个地址数据，存储中BUF{BUF[i] = MMA8451_RecvByte();          //BUF[0]存储0x32地址中的数据if (i == 5){MMA8451_SendACK(1);                //最后一个数据需要回NOACK}else{MMA8451_SendACK(0);                //回应ACK}}MMA8451_Stop();                          //停止信号Delay5ms();
}//*****************************************************************//初始化MMA8451，根据需要请参考pdf进行修改************************
void Init_MMA8451()
{Single_Write_MMA8451(0x2a,0x01);   //Single_Write_MMA8451(0x2b,0x02);   //}

V1：获取倾角计算atan值
main.c


/*********************************************
P10 数据口 P11时钟口
P0,P2，接数码管倾角寄存器0x01-0x06
读取数据为重力加速度在传感器坐标轴上分量
通过计算过程转换为自然XYZ坐标轴夹角tan值
当tan值在极值（无穷大）一侧时，改用cot值计算
***********************************************/#include "config.h"
//#include "MPU6050.h"
#include "MMA8451.h"
#include "display.h"
#include <math.h>void delay_ms(u8 ms);int xa,ya,za;//*********************************************************************
//****************角度计算*********************************************
//*********************************************************************int MMA8451_Get_Angle(long x,long y,long z,u8 dir);
void MMA8451_Add_Angle2(int x,int y,int z);
void MMA8451_Get_Angle3(int x,int y,int z);// ===================== 主函数 =====================
void main(void)
{int x,y,z;//所有I/O口全设为准双向，弱上拉模式P0M0=0xff;   P0M1=0xff;P1M0=0xff;  P1M1=0xff;P2M0=0xff;  P2M1=0xff;P3M0=0xff;  P3M1=0xff;P4M0=0xff;  P4M1=0xff;P5M0=0xff;  P5M1=0xff;P6M0=0xff;  P6M1=0xff;P7M0=0xff;  P7M1=0xff;//P1=0x00;P1M0=0xfc;   P1M1=0xfc; //时钟口1.1 数据口1.0 11111100 11111100P0 = 0xFF;P0M0=0x00; P0M1=0x00;    //数码管数据通道 00000000 00000000 常规P2 = 0xFF;P2M0=0x00; P2M1=0x00;   //数码管位选通道 00000000 00000000 常规initLedDisplay();delay_ms(100);Init_MMA8451();  //初始化MPU-6050delay_ms(100);EA = 1; //允许总中断while(1){//   Init_MMA8451();    //  delay_ms(100);delay_ms(100);Multiple_read_MMA8451();x=(unsigned int)BUF[0]<<8|BUF[1];y=(unsigned int)BUF[2]<<8|BUF[3];z=(unsigned int)BUF[4]<<8|BUF[5];//hexstr[7]=(BUF[0]&0xf0)>>4;//hexstr[6]=(BUF[0]&0x0f);//hexstr[5]=16;//hexstr[4]=(BUF[2]&0xf0)>>4;//hexstr[3]=(BUF[2]&0x0f);//hexstr[2]=18;//hexstr[1]=(BUF[4]&0xf0)>>4;//hexstr[0]=(BUF[4]&0x0f);//hexstr[1]=(BUF[5]&0xf0)>>4;//hexstr[0]=(BUF[5]&0x0f);//  x=(char)BUF[0];//   y=(char)BUF[2];// z=(char)BUF[4];xa=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,1);ya=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,2);za=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,0);hexstr[7]=ya/1000;//  if(ya<0)//     hexstr[7]=16,ya=-ya;//  else //     hexstr[7]=17;hexstr[6]=(ya%1000)/100;hexstr[5]=(ya%100)/10;hexstr[4]=ya%10;hexstr[3]=xa/1000;//    if(za<0)//     hexstr[3]=16,za=-za;//  else//      hexstr[3]=17;hexstr[2]=(xa%1000)/100;hexstr[1]=(xa%100)/10;hexstr[0]=xa%10;showLedDisplay();delay_ms(3000);}
}int abs_round(double v){return (int)(v>=0?(v+0.5):(v-0.5));
}void MMA8451_Get_Angle3(int x,int y,int z)
{double temp,xd,yd,zd;temp = sqrt((double)(x*x+y*y+z*z));yd = y/temp;if(yd<=0.707 && yd>=-0.707){yd = asin(yd);ya = yd*180/3.1416+0.5;}else{yd = acos(yd);ya = yd*180/3.1416-0.5;ya=90-ya;}zd = z/temp;if(zd<=0.707 && zd>=-0.707){zd = asin(zd);za = zd*180/3.1416+0.5;}else{zd = acos(zd);za = zd*180/3.1416-0.5;za=90-za;}xd = x/temp;if(xd<=0.707 && xd>=-0.707){xd = asin(xd);xa = xd*180/3.1416+0.5;}else{xd = acos(xd);xa = xd*180/3.1416-0.5;xa=90-xa;}
}void MMA8451_Add_Angle2(int x,int y,int z)
{double temp,xd,yd,zd;temp = sqrt((double)(x*x+y*y+z*z));zd = asin(z/temp)*180/3.1416; //与自然Z轴的角度xd = asin(x/temp)*180/3.1416; //与自然X轴的角度yd = asin(y/temp)*180/3.1416; //与自然Y轴的角度za += (int)(zd+0.5);ya += (int)(yd+0.5);xa += (int)(xd+0.5);}int MMA8451_Get_Angle(long x,long y,long z,u8 dir)
{double temp;double res=0;switch(dir){case 0://与自然Z轴的角度temp = sqrt((double)(x*x+y*y));if(temp<abs(z)){ temp=temp/z;res=atan(temp);}else{temp= z/temp;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}res=atan(temp);break;case 1://与自然X轴的角度temp = sqrt((double)(y*y+z*z));if(temp>=abs(x)){ temp=x/temp;res=atan(temp);}else{temp= temp/x;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}break;case 2://与自然Y轴的角度temp = sqrt((double)(x*x+z*z));if(temp>=abs(y)){ temp=y/temp;res=atan(temp);}else{temp= temp/y;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}break;}//    if(res<0) res = 1.5708+res;return res*1800/3.1416;//把弧度转换成角度
}void  delay_ms(u8 ms)
{u16 i;do{i = MAIN_Fosc / 13000;while(--i) ;   //13T per loop}while(--ms);
}

V2：加上偏差校正，可抵消因机械误差引起的14度以内的微小角度偏移。

main.c


/*********************************************
P10 数据口 P11时钟口
P0,P2，接数码管P30 P31 P32 P33接触点开关P30 清零校准寄存器重新计算校正值
P31 获取当下倾角值
P32 清零校准计算器
P33 将最近一次计算的校正值写到校准寄存器
***********************************************/
#include "config.h"
//#include "MPU6050.h"#include "MMA8451.h"
#include "display.h"#include <math.h>int MMA8451_Get_Angle(long x,long y,long z,u8 dir);void displayAngle();/* ============================================= */void    delay_ms(u8 ms);unsigned char hexstr_cp[8];int xa,ya,za;// ===================== 主函数 =====================
void main(void)
{unsigned char reg;unsigned int ux,uy,uz;int sx,sy,sz;//所有I/O口全设为准双向，弱上拉模式P0M0=0xff;    P0M1=0xff;P1M0=0xff;  P1M1=0xff;P2M0=0xff;  P2M1=0xff;P3M0=0xff;  P3M1=0xff;P4M0=0xff;  P4M1=0xff;P5M0=0xff;  P5M1=0xff;P6M0=0xff;  P6M1=0xff;P7M0=0xff;  P7M1=0xff;//P1=0x00;P1M0=0xfc;   P1M1=0xfc; //时钟口1.1 数据口1.0 11111100 11111100P0 = 0xFF;P0M0=0x00; P0M1=0x00;    //数码管数据通道 00000000 00000000 常规P2 = 0xFF;P2M0=0x00; P2M1=0x00;   //数码管位选通道 00000000 00000000 常规P2 = 0xFF;P3M0=0x00;  P3M1=0x00;initLedDisplay();delay_ms(100);Init_MMA8451();   //初始化MPU-6050delay_ms(100);EA = 1; //允许总中断while(1){//   Init_MMA8451();    //  delay_ms(100);if(!P30){delay_ms(10);if(!P30){while(!P30);showdot = 0;delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg &= 0xFE; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg); delay_ms(100);Single_Write_MMA8451(0x2F,0x00);Single_Write_MMA8451(0x30,0x00);Single_Write_MMA8451(0x31,0x00);delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg |= 0x01; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg);delay_ms(100);Multiple_read_MMA8451();/*hexstr[7]=(BUF[0]&0xf0)>>4;hexstr[6]=(BUF[0]&0x0f);hexstr[5]=(BUF[1]&0xf0)>>4;hexstr[4]=(BUF[1]&0x0f);hexstr[3]=(BUF[2]&0xf0)>>4;hexstr[2]=(BUF[2]&0x0f);hexstr[1]=(BUF[3]&0xf0)>>4;hexstr[0]=(BUF[3]&0x0f);*/displayAngle();showLedDisplay();hexstr_cp[0]=hexstr[0];hexstr_cp[1]=hexstr[1];hexstr_cp[2]=hexstr[2];hexstr_cp[3]=hexstr[3];hexstr_cp[4]=hexstr[4];hexstr_cp[5]=hexstr[5];hexstr_cp[6]=hexstr[6];hexstr_cp[7]=hexstr[7];ux=((unsigned int)BUF[0]<<8)|BUF[1];uy=((unsigned int)BUF[2]<<8)|BUF[3];uz=((unsigned int)BUF[4]<<8)|BUF[5];/*if(BUF[0]>0x7f){ux=(~ux+1)>>2;sx=ux/8;}else{sx=((~ux+1)>>2)/8;}if(BUF[2]>0x7f){uy=(~uy+1)>>2;sy=uy/8;}else{sy=((~uy+1)>>2)/8;}if(BUF[4]>0x7f){uz=(~uz+1)>>2;sz=(4069+uz)/8;}else{sz=(int)(4069-(uz>>2))/8;if(sz<0){sz+=256;}}*/if(BUF[0]>0x7f){                  ux=(~ux+1)>>2;sx=ux/8;}else{sx=~(ux>>2)+1;sx=sx/8;}if(BUF[2]>0x7f){uz=(~uz+1)>>2;sz=uz/8;}else{sz=~(uz>>2)+1;sz=sz/8;}if(BUF[4]>0x7f){uy=(~uy+1)>>2;sy=(4069+uy)/8;}else{sy=~(uy>>2)+1;sy=(4069+sy)/8;                }    /*delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg &= 0xFE; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg); delay_ms(100);Single_Write_MMA8451(0x2F,(char)sx);Single_Write_MMA8451(0x30,(char)sy);Single_Write_MMA8451(0x31,(char)sz);delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg |= 0x01; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg);delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2F);hexstr[7]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[6]=(reg&0x0f);hexstr[5]=0;reg = Single_Read_MMA8452(0x30);hexstr[4]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[3]=(reg&0x0f);hexstr[2]=18;reg = Single_Read_MMA8452(0x31);hexstr[1]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[0]=(reg&0x0f);showLedDisplay();*/delay_ms(3000);}}if(!P31){delay_ms(10);if(!P31){while(!P31);delay_ms(100);Multiple_read_MMA8451();/*hexstr[7]=(BUF[2]&0xf0)>>4;hexstr[6]=(BUF[2]&0x0f);hexstr[5]=(BUF[3]&0xf0)>>4;hexstr[4]=(BUF[3]&0x0f);hexstr[3]=(BUF[4]&0xf0)>>4;hexstr[2]=(BUF[4]&0x0f);hexstr[1]=(BUF[5]&0xf0)>>4;hexstr[0]=(BUF[5]&0x0f);*/displayAngle();showLedDisplay();delay_ms(3000);}}if(!P32){delay_ms(10);if(!P32){while(!P32);showdot = 0;delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg &= 0xFE; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg); delay_ms(100);Single_Write_MMA8451(0x2F,0x00);Single_Write_MMA8451(0x30,0x00);Single_Write_MMA8451(0x31,0x00);delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg |= 0x01; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg);/*delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2F);hexstr[7]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[6]=(reg&0x0f);hexstr[5]=0;reg = Single_Read_MMA8452(0x30);hexstr[4]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[3]=(reg&0x0f);hexstr[2]=16;reg = Single_Read_MMA8452(0x31);hexstr[1]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[0]=(reg&0x0f);*/hexstr[0]=0;hexstr[1]=0;hexstr[2]=0;hexstr[3]=0;hexstr[4]=0;hexstr[5]=0;hexstr[6]=0;hexstr[7]=0;showLedDisplay();delay_ms(3000);}}if(!P33){delay_ms(10);if(!P33){while(!P33);showdot = 1;delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg &= 0xFE; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg); delay_ms(100);Single_Write_MMA8451(0x2F,0x00);Single_Write_MMA8451(0x30,0x00);Single_Write_MMA8451(0x31,0x00);delay_ms(100);Single_Write_MMA8451(0x2F,(char)sx);Single_Write_MMA8451(0x30,(char)sy);Single_Write_MMA8451(0x31,(char)sz);delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2A); reg |= 0x01; Single_Write_MMA8451(0x2A, reg);/*delay_ms(100);reg = Single_Read_MMA8452(0x2F);hexstr[7]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[6]=(reg&0x0f);hexstr[5]=0;reg = Single_Read_MMA8452(0x30);hexstr[4]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[3]=(reg&0x0f);hexstr[2]=17;reg = Single_Read_MMA8452(0x31);hexstr[1]=(reg&0xf0)>>4;hexstr[0]=(reg&0x0f);*/hexstr[0]=hexstr_cp[0];hexstr[1]=hexstr_cp[1];hexstr[2]=hexstr_cp[2];hexstr[3]=hexstr_cp[3];hexstr[4]=hexstr_cp[4];hexstr[5]=hexstr_cp[5];hexstr[6]=hexstr_cp[6];hexstr[7]=hexstr_cp[7];showLedDisplay();delay_ms(3000);}}}
}void displayAngle(){int x,y,z;x=(unsigned int)BUF[0]<<8|BUF[1];y=(unsigned int)BUF[2]<<8|BUF[3];z=(unsigned int)BUF[4]<<8|BUF[5];xa=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,1);ya=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,2);za=MMA8451_Get_Angle(x,y,z,0);//hexstr[7]=ya/1000;if(ya<0)hexstr[7]=16,ya=-ya;else hexstr[7]=17;hexstr[6]=(ya%1000)/100;hexstr[5]=(ya%100)/10;hexstr[4]=ya%10;//hexstr[3]=xa/1000;if(xa<0)hexstr[3]=16,xa=-xa;elsehexstr[3]=17;hexstr[2]=(xa%1000)/100;hexstr[1]=(xa%100)/10;hexstr[0]=xa%10;/*//hexstr[3]=za/1000;if(za<0)hexstr[3]=16,za=-za;elsehexstr[3]=17;hexstr[2]=(za%1000)/100;hexstr[1]=(za%100)/10;hexstr[0]=za%10;*/}int MMA8451_Get_Angle(long x,long y,long z,u8 dir)
{double temp;double res=0;switch(dir){case 0://与自然Z轴的角度temp = sqrt((double)(x*x+y*y));if(temp<abs(z)){ temp=temp/z;res=atan(temp);}else{temp= z/temp;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}res=atan(temp);break;case 1://与自然X轴的角度temp = sqrt((double)(y*y+z*z));if(temp>=abs(x)){ temp=x/temp;res=atan(temp);}else{temp= temp/x;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}break;case 2://与自然Y轴的角度temp = sqrt((double)(x*x+z*z));if(temp>=abs(y)){ temp=y/temp;res=atan(temp);}else{temp= temp/y;res=atan(temp);if(res>=0)res = 1.5708 - res;elseres = - 1.5708 - res;}break;}//    if(res<0) //res = 1.5708+res;return res*1800/3.1416;//把弧度转换成角度
}void  delay_ms(u8 ms)
{u16 i;do{i = MAIN_Fosc / 13000;while(--i) ;   //13T per loop}while(--ms);
}

PS：display.c是数码管显示模块，config.h来自STC例程。可以根据自己的外设环境改变配置。

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