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【摘 要】本系统用于测量物体运动时加速度的大小，进而根据初始状态计算出当前物体的速度、运动距离、最大加速度等信息。当物体改变其运动状态时，物体的加速度会随之发生变化，利用加速度传感器将加速度瞬时值转变为电压信号，通过A/D变换将数据传入单片机。单片机将所得数据作相应处理后显示在液晶屏上，同时通过无线电将数据发送给电脑终端，作进一步处理计算。通过即时采集加速度数据，可以获得诸如速度、运动距离、受力大小、转体角速度等信息，可应用于计步器、硬盘保护、碰撞测试、轿车安全设计等各方面。
【关键字】MC68HC908GP32；MMA2260D
文章编号：ISSN1006—656X（2014）011-0095-01
加速度作为描述物体运动状态的一个基本属性，历来就被人们所重视。这个在牛顿经典力学中位移关于时间的二阶导数表明了物体受非平衡力作用的状态，进而可以推得物体的速度、位移等一系列物理参量，并由此预测物体的运动趋势和系统的运行状况。因而对于物体加速度的获取和处理一直是人们探索和研究的课题，并由此开发出各种加速度仪，广泛应用于航空 航天、航海、汽车、家电、兵器、机械制造、电子设备、土木建筑、交通运输、冶金、采矿、发电动力、石油、化工、医药卫生、环境保护等各种场合。
一、系统分析与设计
本套系统的功能模块包括加速度数据采集、LCD显示和无线数据发送三部分。系统框架图如上图所示：
Freescale 8位单片机MC68HC908GP32是整个系统核心组件，HC08系列单片机是飞思卡尔（Freescale）设计开发的多用途单片机，采用0.35微米工艺，具有8MHz系统总线，32kB片内Flash存储器，512B片内RAM，33根通用I/O脚，8路8位A/D转换器和定时器模块。因其功能强、功耗小及价格低等优势得到越来越广泛的运用。
本系统所采用的加速度传感器也是由飞思卡尔开发的，芯片型号MMA2260D，是一块单轴抗震高灵敏度传感器，其根据加速度大小变化输出0-5V范围内的电平，因而很容易通过单片机进行数模变换获得系统当前的瞬时加速度数值。
另一个主要功能模块是装置上的显示屏，采用目前通用的1602字符型LCD，可以显示16个x 2行英文字符，也可以自行设计图形或中文字符加以输出。
本套系统添加了无线射频数传模块，可以把获得的瞬时加速度数据发送给电脑，利用电脑cpu的强大处理能力进行各类额外的数值计算和分析。由于采用了无线数传，装置的便携性和数据获取的即时性大大提高。
二、 关键技术及功能实现
在本套系统的开发过程中，主要有以下几个方面的技术问题：
1、单片机HC908GP32的编程开发——单片机片内程序使用汇编语言编写，主要用于实现A/D转换、数据处理、LCD指令控制、串行协议的实现和IRQ中断调用。
HC908GP32的基本结构：
⑴ 寄存器：8位累加器，16位间址寄存器，16位堆栈指针，16位程序寄存器，8位累加器（主要由（I， H， N， Z， V， C）构成）。
⑵ 基本指令系统：指令由操作码和操作数两部分组成。MC68HC08MCU指令按功能可将分为8大类：数据传送指令，算术运算指令，逻辑指令，数据和位操作指令，程序控制指令，BCD数据处理指令，循环指令和堆栈处理指令。
⑶ 寻址系统：08系列有丰富的寻址方式：隐含寻址，立即寻址，直接寻址（Direct），扩展寻址，变址寻址，无偏移量、8位、16位偏移量，堆栈指针加偏移量寻址，带自动加1的变址寻址，相对寻址，存储器到存储器寻址方式，立即数寻址，直接寻址和变址寻址。
系统中所应用到的I/O口：
GP32共有33根通用I/O脚，其配置如下：PTA0-PTA7连接LCD数据口DB0-DB7，PTC0-PTC3连LCD控制端，PTC4连射频数据发送引脚，PTB0用于接收加速度传感器的电压信号进行AD转换。
2、无线数传功能的实现——排除杂波干扰，实现数据的准确传输，完成单片机方面串行通讯协议的编写开发。
为了提高装置便携性和适应性，把原来连线的串行传输方式改进成无线连接，远离比较简单，就是把发送线由原来的有线改成为射频，为了防止环境中的各种噪声干扰，保证传输的准确无误，采取如下措施：
首先，改进了发送握手信号，发送数据格式为串行，使用标准的不归零格式（时序如图）。但由于连续不间断发送数据会导致接受始终错位，从而无法得到正确的数据，因此在编写单片机串口通讯协议的时候，先将电平拉高较长时间后再拉底从起始位开始发送，每个字节都用这种方式发送，实验证明比起单片机自带的SCI通讯模块，这种方式能够完全消除因错位造成的连续性误码，能够在两个字节内收到正确的信号并一直接收正确数据直到该次数据传送结束。
其次，发送的时候加入了验证信号。发送数据格式如下”……AAA___XY_”，其中X为数据，Y为校验码。如此只需让计算机照这个格式接收，如果不符合则不予确认，既可保证数据正确性。
发送和接收模块都使用5V供电，外加一个数据端，因此可以考虑直接将串口相应数据传输线换成射频既可。只是电脑端需加装一块MAX232电平转换IC，将5V电平转成9V的SCI标准电平，再连接串口实现数据接收。
三、总结
加速度传感系统的开发已经是一个相当成熟的技术，而这套基于Freescale8位单片机的加速度探测系统将Freescale单片机和传感器很好的结合起来，取得了理想的效果，尽管如此，它仍然只是在实验室里开发出来的一件小试验品而已，还有待进一步的深入研究，开发和完善，以便使其在实用性和完备性上能有更好的发展和改进。
参考文献：
[1]李广弟，朱月秀，王秀山. 单片机基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2]刘慧银. Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用[M]. 北京： 清华大学出版社，2001.
[3]曹卫彬. 虚拟仪器测控系统编程实践|PC与无线数传模块 [M].北京：电子工业出版社，2012.
[4]冼有佳.钟伟成. 显示器集成电路实用手册（LCD显示器专集）[M].北京：电子工业出版社，2008.
【关键字】MC68HC908GP32；MMA2260D
文章编号：ISSN1006—656X（2014）011-0095-01
加速度作为描述物体运动状态的一个基本属性，历来就被人们所重视。这个在牛顿经典力学中位移关于时间的二阶导数表明了物体受非平衡力作用的状态，进而可以推得物体的速度、位移等一系列物理参量，并由此预测物体的运动趋势和系统的运行状况。因而对于物体加速度的获取和处理一直是人们探索和研究的课题，并由此开发出各种加速度仪，广泛应用于航空 航天、航海、汽车、家电、兵器、机械制造、电子设备、土木建筑、交通运输、冶金、采矿、发电动力、石油、化工、医药卫生、环境保护等各种场合。
一、系统分析与设计
本套系统的功能模块包括加速度数据采集、LCD显示和无线数据发送三部分。系统框架图如上图所示：
Freescale 8位单片机MC68HC908GP32是整个系统核心组件，HC08系列单片机是飞思卡尔（Freescale）设计开发的多用途单片机，采用0.35微米工艺，具有8MHz系统总线，32kB片内Flash存储器，512B片内RAM，33根通用I/O脚，8路8位A/D转换器和定时器模块。因其功能强、功耗小及价格低等优势得到越来越广泛的运用。
本系统所采用的加速度传感器也是由飞思卡尔开发的，芯片型号MMA2260D，是一块单轴抗震高灵敏度传感器，其根据加速度大小变化输出0-5V范围内的电平，因而很容易通过单片机进行数模变换获得系统当前的瞬时加速度数值。
另一个主要功能模块是装置上的显示屏，采用目前通用的1602字符型LCD，可以显示16个x 2行英文字符，也可以自行设计图形或中文字符加以输出。
本套系统添加了无线射频数传模块，可以把获得的瞬时加速度数据发送给电脑，利用电脑cpu的强大处理能力进行各类额外的数值计算和分析。由于采用了无线数传，装置的便携性和数据获取的即时性大大提高。
二、 关键技术及功能实现
在本套系统的开发过程中，主要有以下几个方面的技术问题：
1、单片机HC908GP32的编程开发——单片机片内程序使用汇编语言编写，主要用于实现A/D转换、数据处理、LCD指令控制、串行协议的实现和IRQ中断调用。
HC908GP32的基本结构：
⑴ 寄存器：8位累加器，16位间址寄存器，16位堆栈指针，16位程序寄存器，8位累加器（主要由（I， H， N， Z， V， C）构成）。
⑵ 基本指令系统：指令由操作码和操作数两部分组成。MC68HC08MCU指令按功能可将分为8大类：数据传送指令，算术运算指令，逻辑指令，数据和位操作指令，程序控制指令，BCD数据处理指令，循环指令和堆栈处理指令。
⑶ 寻址系统：08系列有丰富的寻址方式：隐含寻址，立即寻址，直接寻址（Direct），扩展寻址，变址寻址，无偏移量、8位、16位偏移量，堆栈指针加偏移量寻址，带自动加1的变址寻址，相对寻址，存储器到存储器寻址方式，立即数寻址，直接寻址和变址寻址。
系统中所应用到的I/O口：
GP32共有33根通用I/O脚，其配置如下：PTA0-PTA7连接LCD数据口DB0-DB7，PTC0-PTC3连LCD控制端，PTC4连射频数据发送引脚，PTB0用于接收加速度传感器的电压信号进行AD转换。
2、无线数传功能的实现——排除杂波干扰，实现数据的准确传输，完成单片机方面串行通讯协议的编写开发。
为了提高装置便携性和适应性，把原来连线的串行传输方式改进成无线连接，远离比较简单，就是把发送线由原来的有线改成为射频，为了防止环境中的各种噪声干扰，保证传输的准确无误，采取如下措施：
首先，改进了发送握手信号，发送数据格式为串行，使用标准的不归零格式（时序如图）。但由于连续不间断发送数据会导致接受始终错位，从而无法得到正确的数据，因此在编写单片机串口通讯协议的时候，先将电平拉高较长时间后再拉底从起始位开始发送，每个字节都用这种方式发送，实验证明比起单片机自带的SCI通讯模块，这种方式能够完全消除因错位造成的连续性误码，能够在两个字节内收到正确的信号并一直接收正确数据直到该次数据传送结束。
其次，发送的时候加入了验证信号。发送数据格式如下”……AAA___XY_”，其中X为数据，Y为校验码。如此只需让计算机照这个格式接收，如果不符合则不予确认，既可保证数据正确性。
发送和接收模块都使用5V供电，外加一个数据端，因此可以考虑直接将串口相应数据传输线换成射频既可。只是电脑端需加装一块MAX232电平转换IC，将5V电平转成9V的SCI标准电平，再连接串口实现数据接收。
三、总结
加速度传感系统的开发已经是一个相当成熟的技术，而这套基于Freescale8位单片机的加速度探测系统将Freescale单片机和传感器很好的结合起来，取得了理想的效果，尽管如此，它仍然只是在实验室里开发出来的一件小试验品而已，还有待进一步的深入研究，开发和完善，以便使其在实用性和完备性上能有更好的发展和改进。
参考文献：
[1]李广弟，朱月秀，王秀山. 单片机基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2]刘慧银. Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用[M]. 北京： 清华大学出版社，2001.
[3]曹卫彬. 虚拟仪器测控系统编程实践|PC与无线数传模块 [M].北京：电子工业出版社，2012.
[4]冼有佳.钟伟成. 显示器集成电路实用手册（LCD显示器专集）[M].北京：电子工业出版社，2008.