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摘要 本文介绍了飞思卡尔公司出品的一款新型MEMS 三轴数字接口的加速度计MMA7455，主要包括MMA7455的特点、引脚功能、SP I/ I2C通信原理、寄存器功能定义等。对MMA7455加速度计的工作原理进行阐述，介绍了目前该产品在市场上的应用，并对其未来的市场前景进行了预测和分析。
关键词 加速度计 MMA7455 工作原理 运动探测 市场前景
微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems, 简称为MEMS) ,是指融合了硅微加工、光刻成型和精密机械加工等多种微加工技术制作的微传感器、微执行器和微系统。作为知名的MEMS传感器制造商，飞思卡尔公司出品的MMA7455三轴加速度传感器无论在体积、量程、接口以及性能方面都较前一代产品有了很大的突破。
1． MMA7455功能简介
1.1 MMA7455简要介绍
MMA7455 是一款数字输出（I2C/SPI）、低功耗、紧凑型电容式微机械三轴加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚（INT1或INT2）检测0g、以及脉冲检测（用于快速运动检测）等功能。0g 偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。客户可使用指定的0g 寄存器和g-Select 量程选择对0g 偏置进行校准， 量程可通过命令选择 3 个加速度范围（2g/4g/8g）。
1.2 MMA7455的主要特性指标
数字输出(带有I2C/SPI总线)
3mm x 5mm x 1mm LGA-14封装
低电流消耗
Z轴向自我检测
低工作电压2.4 V -3.6 V
用户配置偏移校准寄存器
可编程阈值中断输出
运动识别水平检测（冲击，震荡，自由落体）
单脉冲和双脉冲识别的脉冲检测
灵敏度(64 LSB/g @ 2g and @ 8g in 10-Bit Mode)
可选灵敏度±2g, ±4g, ±8g
结构坚固，高抗冲击性（5000g）
通过ROHS认证
环保，廉价
2．外部数字接口
2.1 MMA7455引脚说明
MMA7455包括14个引脚，,够同时测量X / Y /Z 3个轴的加速度，它支持SP I/ I2C总线，通过引脚CS进行选择。各引脚具体功能如表2.1.1所示。
2.2 SPI与I2C总线
MMA7455L采用串行外设接口的通信，数字通信。 SPI通信是主要用于一个主设备和一个或多个从设备之间的同步串行通信。MMA7455L常常作为从设备操作。通常情况下，主设备是一个微控制器，它会驱动时钟（SPC）和片选（CS）信号。
SPI(串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。[2]本器件中，SPI接口由两条控制线和两条数据线：CS，SPC，SDI和SDO。 CS，也被称为芯片选择，是由SPI主设备进行控制的，通常就是由微控制器控制。在传输开始时CS被置为低电平；在传输结束时被置为高电平。 SPC也是由SPI主控制的串行时钟。 SDI和SDO是串行端口数据输入和串行端口的数据输出。 SDI和SDO数据线在SPC的下降沿被触发，在SPC的上升沿被捕获。
I2C是一个主设备和一个或多个从设备之间的同步串行通信。主机通常是一个微控制器，它提供了串行时钟信号和给总线上的从器件分配地址。在传输开始时CS被置为高电平；在传输结束时被置为低电平。I2C 串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。主机在SCL 线上产生自己的时钟来传输I2C 总线上的数据，数据只在时钟的高电平周期有效，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲，数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变，当SCL 为高电平时，SDA 的改变表示“开始”和“停止”状态，即SDA 由高电平转入低电平表示开始，该命令必须在其他命令前执行；SDA 由低电平转入高电平表示停止状态，该命令可终止所有通讯。MMA7455L 只有在从操作设备的地址是 1DH时进行通信。多个读写模式可供选择。该协议只支持从属操作。它不支持Hs模式，“10-bit处理”，“一般”原则，“START byte”。
3. MMA7455的主要功能寄存器
3.1数据寄存器
对于2g和4g量程均只有8bit一种形式，灵敏度分别为64/g，32/g。当选择8g量程时，数据可以是10bit（灵敏度是64/g）,也可以是8bit（灵敏度是16/g），两者数据存储的寄存器有所不同。若为10bit数据输出，则8g量程时可选，以二进制补码形式给出。地址00H(01H)、02H(03H)、04H(05H)分别表示X、Y、Z轴加速度的低（高）位。若为8bit数据输出，则2g\4g\8g量程时均可选，以二进制补码形式给出。地址06H、07H、08H分别表示X、Y、Z轴的加速度
3.2状态寄存器（地址：09H）
3.4 零点漂移寄存器
通过在加速度计的失调漂移寄存器中设置和存储补偿校准值，可以消除MMA7455在0g时的偏移。地址10H(11H)、12H(13H)、14H(15H)分别表示X、Y、Z轴零点漂移值的低（高）位。数据设置完毕后，将会一直存储在寄存器中，直到断电。我们可以将这些值存储到与传感器搭配使用的微处理器的内存中，这样，在传感器重新启动时，会被自动校准。
3.5模式控制寄存器（地址：16H）
选择量程（2g\4g\8g三种可选），选择工作模式（备用、测量、电平检测、脉冲检测 四种可选），选择情况如表3.1所示。
尽管消费者在主要电子产品和移动产品上的开支大幅削减，但MEMS行业在移动电话和消费产品领域仍保持强劲势头。MEMS 传感器的成功源自几大需求因素，包括在移动设备上提供具备直观的、基于动作的界面，以及为用户提供丰富、真实的体验。MEMS具有体积微小、成本低、高可靠性和高度智能化的特点，可以开发出许多以往无法实现的产品，这些产品能够进入到许多人类以前无法进入的领域，替代以前人类无法完成的某些工作，可以预见MEMS的发展可能像微电子一样，引发一场新的技术革命。[3]
目前MMA7455在诸多方面都有应用，如运动传感、故障记录以及自由下落检测等等，适用于手机娱乐功能、汽车电子、高档电子玩具和健身器械等领域。
物联网建设使得MEMS传感器开始广泛受到业界的关注。同时，国家高度重视传感器产业，特别是MEMS传感器产品的研发和产业化。在良好的市场驱动和政策环境作用下，中国MEMS传感器产品将获得进一步的长足发展。
作为一款性能稳定、价格实惠的MEMS加速度传感器，MMA7455在未来的市场竞争中具有较大潜力，相信会得到越来越多的实际应用。
参考文献：
[1] 朱莉，王魏. 新型MEMS三轴加速度计L IS3LV02DL原理与应用 .哈尔滨：东北林业大学，2006.
[2] 杨美刚，李小文.SPI 接口及其在数据交换中的应用[J].通信技术，2007，40（11）：385－387.
[3] 刘晓明，朱钟淦.MEMS的应用及检测技术. 《微机电系统设设计与制造》，2005.
关键词 加速度计 MMA7455 工作原理 运动探测 市场前景
微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems, 简称为MEMS) ,是指融合了硅微加工、光刻成型和精密机械加工等多种微加工技术制作的微传感器、微执行器和微系统。作为知名的MEMS传感器制造商，飞思卡尔公司出品的MMA7455三轴加速度传感器无论在体积、量程、接口以及性能方面都较前一代产品有了很大的突破。
1． MMA7455功能简介
1.1 MMA7455简要介绍
MMA7455 是一款数字输出（I2C/SPI）、低功耗、紧凑型电容式微机械三轴加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚（INT1或INT2）检测0g、以及脉冲检测（用于快速运动检测）等功能。0g 偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。客户可使用指定的0g 寄存器和g-Select 量程选择对0g 偏置进行校准， 量程可通过命令选择 3 个加速度范围（2g/4g/8g）。
1.2 MMA7455的主要特性指标
数字输出(带有I2C/SPI总线)
3mm x 5mm x 1mm LGA-14封装
低电流消耗
Z轴向自我检测
低工作电压2.4 V -3.6 V
用户配置偏移校准寄存器
可编程阈值中断输出
运动识别水平检测（冲击，震荡，自由落体）
单脉冲和双脉冲识别的脉冲检测
灵敏度(64 LSB/g @ 2g and @ 8g in 10-Bit Mode)
可选灵敏度±2g, ±4g, ±8g
结构坚固，高抗冲击性（5000g）
通过ROHS认证
环保，廉价
2．外部数字接口
2.1 MMA7455引脚说明
MMA7455包括14个引脚，,够同时测量X / Y /Z 3个轴的加速度，它支持SP I/ I2C总线，通过引脚CS进行选择。各引脚具体功能如表2.1.1所示。
2.2 SPI与I2C总线
MMA7455L采用串行外设接口的通信，数字通信。 SPI通信是主要用于一个主设备和一个或多个从设备之间的同步串行通信。MMA7455L常常作为从设备操作。通常情况下，主设备是一个微控制器，它会驱动时钟（SPC）和片选（CS）信号。
SPI(串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。[2]本器件中，SPI接口由两条控制线和两条数据线：CS，SPC，SDI和SDO。 CS，也被称为芯片选择，是由SPI主设备进行控制的，通常就是由微控制器控制。在传输开始时CS被置为低电平；在传输结束时被置为高电平。 SPC也是由SPI主控制的串行时钟。 SDI和SDO是串行端口数据输入和串行端口的数据输出。 SDI和SDO数据线在SPC的下降沿被触发，在SPC的上升沿被捕获。
I2C是一个主设备和一个或多个从设备之间的同步串行通信。主机通常是一个微控制器，它提供了串行时钟信号和给总线上的从器件分配地址。在传输开始时CS被置为高电平；在传输结束时被置为低电平。I2C 串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。主机在SCL 线上产生自己的时钟来传输I2C 总线上的数据，数据只在时钟的高电平周期有效，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲，数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变，当SCL 为高电平时，SDA 的改变表示“开始”和“停止”状态，即SDA 由高电平转入低电平表示开始，该命令必须在其他命令前执行；SDA 由低电平转入高电平表示停止状态，该命令可终止所有通讯。MMA7455L 只有在从操作设备的地址是 1DH时进行通信。多个读写模式可供选择。该协议只支持从属操作。它不支持Hs模式，“10-bit处理”，“一般”原则，“START byte”。
3. MMA7455的主要功能寄存器
3.1数据寄存器
对于2g和4g量程均只有8bit一种形式，灵敏度分别为64/g，32/g。当选择8g量程时，数据可以是10bit（灵敏度是64/g）,也可以是8bit（灵敏度是16/g），两者数据存储的寄存器有所不同。若为10bit数据输出，则8g量程时可选，以二进制补码形式给出。地址00H(01H)、02H(03H)、04H(05H)分别表示X、Y、Z轴加速度的低（高）位。若为8bit数据输出，则2g\4g\8g量程时均可选，以二进制补码形式给出。地址06H、07H、08H分别表示X、Y、Z轴的加速度
3.2状态寄存器（地址：09H）
3.4 零点漂移寄存器
通过在加速度计的失调漂移寄存器中设置和存储补偿校准值，可以消除MMA7455在0g时的偏移。地址10H(11H)、12H(13H)、14H(15H)分别表示X、Y、Z轴零点漂移值的低（高）位。数据设置完毕后，将会一直存储在寄存器中，直到断电。我们可以将这些值存储到与传感器搭配使用的微处理器的内存中，这样，在传感器重新启动时，会被自动校准。
3.5模式控制寄存器（地址：16H）
选择量程（2g\4g\8g三种可选），选择工作模式（备用、测量、电平检测、脉冲检测 四种可选），选择情况如表3.1所示。
尽管消费者在主要电子产品和移动产品上的开支大幅削减，但MEMS行业在移动电话和消费产品领域仍保持强劲势头。MEMS 传感器的成功源自几大需求因素，包括在移动设备上提供具备直观的、基于动作的界面，以及为用户提供丰富、真实的体验。MEMS具有体积微小、成本低、高可靠性和高度智能化的特点，可以开发出许多以往无法实现的产品，这些产品能够进入到许多人类以前无法进入的领域，替代以前人类无法完成的某些工作，可以预见MEMS的发展可能像微电子一样，引发一场新的技术革命。[3]
目前MMA7455在诸多方面都有应用，如运动传感、故障记录以及自由下落检测等等，适用于手机娱乐功能、汽车电子、高档电子玩具和健身器械等领域。
物联网建设使得MEMS传感器开始广泛受到业界的关注。同时，国家高度重视传感器产业，特别是MEMS传感器产品的研发和产业化。在良好的市场驱动和政策环境作用下，中国MEMS传感器产品将获得进一步的长足发展。
作为一款性能稳定、价格实惠的MEMS加速度传感器，MMA7455在未来的市场竞争中具有较大潜力，相信会得到越来越多的实际应用。
参考文献：
[1] 朱莉，王魏. 新型MEMS三轴加速度计L IS3LV02DL原理与应用 .哈尔滨：东北林业大学，2006.
[2] 杨美刚，李小文.SPI 接口及其在数据交换中的应用[J].通信技术，2007，40（11）：385－387.
[3] 刘晓明，朱钟淦.MEMS的应用及检测技术. 《微机电系统设设计与制造》，2005.