基于ARM和加速度传感器的电子画笔设计

　　在本设计中，ADuC7022 ADC工作在单端模式，ADC模块的ADC0～ADC2连接到MMA7260Q三轴加速度输出引脚，ADC2连接到电池正极，监测输入电池电压，在电池电压降低到接近LDO最低输入电压后点亮LED提醒用户更换电池。微控制器的P0.0和P0.1脚连接到MMA7260Q的SEL1和SEL2引脚，作为加速度灵敏度的控制信号。

　　ADuC7022的串行接口提供了SPI、UART、I2C接口。ADuC7022的I/O口为复用接口，用户通过设置SPM模块的控制寄存器可在GPIO、UART、UART/SPI/I2C和可编程逻辑阵列中做出选择。本文硬件使用了一个工作于Master模式的SPI模块，连接到无线USB模块。微控制器的原理图如图1所示。

　　3 加速度传感器

　　MMA7260Q是飞思卡尔半导体推出的单芯片型三轴低量级加速度传感器，可以精确地测量X、Y、Z三个方向下低量级的下降、倾斜、位移、定位、撞击和震动误差。通过选择MMA7260Q的灵敏度，可以按1.5g、2g、4g和6g不同量级（g）的重力加速度灵敏度进行设计。MA7260Q使用MEMS工艺制造，在6mm×6mm×1.45mm的体积内集成了加速度传感器和低通滤波、温度补偿等信号调理电路，而且预置了全量程0g偏置。它的封装尺寸很小，只需较小的板卡空间即可。此外，MMA7260Q可以运行在2.2V～3.6V的低电压，工作时仅消耗500?滋A电流，并配置了3μA睡眠模式及1.0ms快速电源响应，另外还提供快速启动和休眠模式。这些特性极大地延长了电子笔电池的续航能力并能为外观设计预留足够的空间。

　　SEL1和SEL2为灵敏度选择输入引脚，对应灵敏度的真值表如表1所示。加速度传感器输出电压VOUT为：[page]

　　无线USB接口电路如图3所示。微控制器采集的加速度数据在经过预处理后通过SPI接口发送到CYRF6934。CYRF6934对数据进行调制后通过PCB上的印制天线发送给PC端的无线USB网桥。芯片所有VCC上使用0.1uF电容去耦并使用一个10uF电容作为充放电电容。

　　5 软件设计

　　作为底层的硬件驱动程序，软件需要完成系统初始化、数据采集处理和传送等工作。系统初始化主要包括微处理器的堆栈、队列和内部控制寄存器的初始化、MMA7260Q加速度灵敏度的选择和CYRF6934控制寄存器的初始化。汇编语言完成微处理器堆栈、队列的初始化并引导系统执行C语言中的main()函数。C语言程序完成剩余的初始化任务后开始采集数据、处理数据和发送数据的循环。

　　软件设计中除了使用MMA7269Q传感器的加速器解决方案外，还可通过MMA7260Q的参照设计开发工具中提供的各种组件。针对需求进行开发，以提高软、硬件效率，并最大程度地减少因软件冲突导致的系统工作不稳定的因素。

　　同时使用KIT3109MMA7260Q的硬件环境完成对MMA7269Q开发和测试并进行全面评估，加快产品的开发速度。软件的流程图如图4所示。

　　完成驱动程序设计后，设计应用程序在访问驱动程序时，需要用到一些Windows系列操作系统的专用API函数。由于这些函数参数比较多，所以可以开发一个动态链接库，使用户开发应用程序涉及不到底层驱动设备的操作，可以和普通API函数一样操作硬件。整个系统的结构如图5所示。

　　应用这种分层的结构，用户程序可以通过dll读写设备。dll提供给应用程序的接口函数包括初始化设备、关闭设备、读写端口等。这样，在应用程序中加入自己的动态链接库后，就可以使用inPortb和out-portb来操作端口了。

　　由于电子笔的应用前景和市场前景非常广阔，现在世界上一些主要的相关厂家都在竞相开发和推出具有各自特色的新产品。本设计方案将无线通信的优点与传统的USB接口有机地结合起来，不仅能提供较高的数据传输率，而且改进了数据的接入方式，同时MMA7260Q三轴低量级加速度传感器和SoC CYRF6934无线USB网络收发器凭借其完美的性能和低成本，可以满足无线领域中非网络端的需求，并且使传输系统更加方便、可靠。

　　本电子笔在不改变人们笔纸交流传统方式的前提下，实现超越键盘在普通纸(或任意介质)上自然手写输入，犹如给人们提供一把开启信息时代新大门的金钥匙。它将加速度结构与无线网络结合起来，具有结构简单、工作可靠、数据传输方便和即插即用等诸多优点。本电子笔的推广应用必将成为人们推动社会信息化的超强助手和促进办公自动化的工具，在一定意义上实现电脑和手机随笔行，在市场上占有一席之地。

　　参考文献

　　[1] Analog Semiconductor. Precision analog microcontroller 12-bit analog I/O, ARM7TDMI MCU Rev A. 2006.

　　[2] Freescale Semiconductor. ±1.5g-6g Three axis low-g micromachined accelerometer. 2006，2.

　　[3] Cypress Semiconductor. WirelessUSBTM LS 1-way hid networks. 2003，8.

　　[4] Cypress Semiconductor. WirelessUSB LR 2.4GHz DSSS radio soc. 2005，3.

　　[5] Cypress Semiconductor. WirelessUSBTM dual antenna design layout guidelines. 2005，3.