ADXL345 Digital Accelerometer

References

  • ADXL345.pdf
  • GY-291-schematic.jpg

Assignment

Basics in Data sheet

ADXL345는 단순한 센서가 아닙니다. MEMS(Microelectromechanical systems) 기술로 만들어진 반도체 센서와 디지털 로직이 하나의 칩으로 집약된 센서 모듈입니다. 아래의 그림과 같이 여러 기능 블럭으로 구성되어 있습니다.

ADXL345_BlockDiagram

  • ADXL345.pdf 1page FEATURES와 GENERAL DESCRIPTION을 읽고 다음의 질문에 답하세요.

    • 몇축 센서 인가요?
    • 최대 분해능은?
    • 최대 측정 가능한 가속도의 범위는?
    • 센서의 디지탈 출력은 몇 bit 인가요?
    • 이용 가능한 통신 방식은?
    • Activity and inactivity sensing이란 어떤 기능일까요?
    • Tap sensing 이란 어떤 기능일까요?
    • Free-fall sensing 이란 어떤 기능일까요?
    • 32-level FIFO를 가지고 있다고 합니다. 이 기능은 왜 필요할까요?

  • ADXL345.pdf 4page SPECIFICATIONS를 읽고 다음의 질문에 답하세요.

    • -2g ~ +2g 의 범위를 센싱하는 경우 OUTPUT RESOLUTION은 얼마인가요?
    • -2g ~ +2g 의 범위를 센싱하는 경우 Sensitivity Deviation (mg/LSB) 는 얼마인가요? 이 값은 어떻게 계산된 것일까요?
    • POWER SUPPLY 의 동작 전압은 얼마인가요? 그리고 허용 가능한 최대 전압은 얼마인가요?
    • SUPPLY Current는 얼마인가요? ODR(Output Data Rate)에 따라 다르게 나타나는 이유는 무엇일까요?

  • ADXL345.pdf 7page PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS과 GY-291-schematic를 살펴보고 다음의 빈칸을 채워서 완성해 보세요. SPI통신 관점에서 각각은 어떤 용도인가요? 그리고 XMC4500을 Master Node로 사용하고자 한다면 각각 어떤 Pin에 할당해야 하나요?

    ADXL345_GY-291-schematic

    ADXL345 JP2 SPI XMC4500
    GND 1 GND X GND
    LDO Input 2 VCC_IN X 5V or 3.3V
    ? 3 CS ? SPI - ? P
    ? 4 INT1 X
    ? 5 INT2 X
    ? 6 SDO ? SPI - ? P
    ? 7 SDA ? SPI - ? P
    ? 8 SCL ? SPI - ? P

  • ADXL345.pdf 13page POWER SEQUENCING 의 두번째 문단, "After Vs is applied, ..."을 읽고 다음의 질문에 답하세요.

    • 전원이 공급되기 시작하면 디바이스는 어떤 모드로 동작하게 되는가?
    • 어떻게 하면 measurement 모드로 동작시킬 수 있는가?
    • 어떤 모드에서 디바이스를 설정하는 것이 좋은가?

  • ADXL345.pdf 15-16page SERIAL COMMUNICATION 을 읽고 다음의 질문에 답하세요.

    • I2C 통신으로 동작 시키려면 /CS 신호를 어떻게 처리해야 하나요? SPI 통신으로 동작 시키려면 어떻게 처리해야 하나요?

    • GY-291 Board 에서 /CS 신호는 어떻게 처리되어 있나요? 그러면 아무것도 연결하지 않은 상태에서는 I2C 통신, SPI 통신 중 어떤 방식으로 동작하게 되나요?

    • SCLK 신호를 기준으로 다음의 XMC App 의 Clock 설정 중 어떤 것과 매칭이 되나요?

      • Low if inactive, transmit on rising clock edge, receive on falling clock edge
      • Low if inactive, transmit on falling clock edge, receive on rising clock edge
      • High if inactive, transmit on rising clock edge, receive on falling clock edge
      • High if inactive, transmit on falling clock edge, receive on rising clock edge

    • 1000KHz의 SPI 통신을 한다면 Output data rate 는 얼마로 설정하는 것이 바람직 한가요? 이 data rate 는 어떻게 설정할 수 있나요?

      ​

    ADXL345_SPI

  • Page 23 의 REGISTER MAP 과 같이 여러개의 Register를 가지고 있습니다.

    • 이 Register를 접근하여 원하는 값을 읽고 쓸 수 있습니다. (상세한 Register의 설명은 Manual을 참고하세요.) SPI 통신을 사용해서 해당 Register를 읽고 쓰는 예를 설명하도록 하겠습니다.

    ADXL345_RegisterMap

    ​

    • 만약 0x00 번지를 읽으면 DEVID 값을 얻을 수 있습니다.
    TxData Field Value Value RxData
    READ 0x80
    MB 0x00
    Address 0x00
    TxData[0] 0x80 XX RxData[0]
    TxData[1] XX 0xE5 RxData[1]

    ​

    • 만약 0x1E 번지에 Data를 쓰면 X-axis offset 값을 조정할 수 있습니다.

      TxData Field Value Value RxData
      WRITE 0x00
      MB 0x00
      Address 0x1E
      TxData[0] 0x1E XX RxData[0]
      TxData[1] 0x04 XX RxData[1]

      ​

    • 만약 0x1E 번지를 읽으면 조금 전에 저장한 X-axis offset 값을 얻을 수 있습니다.

      TxData Field Value Value RxData
      READ 0x80
      MB 0x00
      Address 0x1E
      TxData[0] 0x9E XX RxData[0]
      TxData[1] XX 0x04 RxData[1]

      ​

Exploring Digital Accelerometer

  • ADXL345는 정말 많은 기능이 있습니다. 가장 기본적으로 2g 범위의 자료를 10bit의 분해능으로 읽어들이는 기본 기능을 중심으로 분석해 보겠습니다.
  • /src/SPI_MasterSlave.zip 파일을 import 합니다.
  • PIN Configuration을 참고하여 ADXL345 와 XMC4500을 연결합니다.
  • Page 23의 REGISTER MAP을 참고하여 다음의 명령어들을 SPI통신으로 보내고 그 의미를 분석해 봅니다.

[STEP 0] DEVID 읽어보기

  • MasterDataTx[]에 다음의 정보를 넣고 Master transfer를 실행시켜 봅니다. 그리고 MasterDataRx[]의 값을 확인하고 의미를 생각해 보세요.

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0x80 = 0x80(Read) + 0x00(DEVID)
    MasterDataTx[1] XX
    MasterDataRx[0] ?
    MasterDataTx[1] ?

    ​

[STEP 1] BW_RATE 읽어보기

  • MasterDataTx[]에 다음의 정보를 넣고 Master transfer를 실행시켜 봅니다. 그리고 MasterDataRx[]의 값을 확인하고 의미를 생각해 보세요. (Page 14 Table 7 참고, Page 25 Register 0x2C 참고)

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0xAC = 0x80(Read) + 0x2C(BW_RATE)
    MasterDataTx[1] XX
    MasterDataRx[0] ?
    MasterDataRx[1] ?

    ​

[STEP 2] BW_RATE 변경해 보기

  • Output Data Rate를 800Hz로 변경하고자 합니다. Rate Code를 어떻게 선정해야 하나요?

  • MasterDataTx[]에 다음의 정보를 넣고 Master transfer를 실행시켜 봅니다. (Page 14 Table 7 참고, Page 25 Register 0x2C 참고)

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0x2C = 0x00(Write) + 0x2C(BW_RATE)
    MasterDataTx[1] ?
    MasterDataRx[0] XX
    MasterDataRx[1] XX

[STEP 3] POWER_CTL Measure 활성화 하기

  • POWER_CTL의 Measure Bit (Bit3)을 Set 하여 Stand-by mode에서 Measure mode로 전환 시킨다.(Page 25 Register 0x2D 참고)

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0x2D = 0x00(Write) + 0x2D(POWER_CTL)
    MasterDataTx[1] 0x08
    MasterDataRx[0] XX
    MasterDataRx[1] XX

    ​

[STEP 4] DATAX0 읽어보기

  • X-axis data 0를 읽는다.

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0xB2 = 0x80(Read) + 0x32(DATAX0)
    MasterDataTx[1] XX
    MasterDataRx[0] ?
    MasterDataRx[1] ?

    ​

[STEP 5] DATAX1 읽어보기

  • X-axis data 1를 읽는다. STEP4 에서 읽은 DATAX0와 연과지어 그 의미를 이해한다.

    Variables Data
    MasterDataTx[0] 0xB3 = 0x80(Read) + 0x33(DATAX1)
    MasterDataTx[1] XX
    MasterDataRx[0] ?
    MasterDataRx[1] ?

    ​

[STEP 6] ADXL345의 기울기를 바꿔 가면서 STEP4, 5를 반복해 본다.

[STEP 7] 0x34, 0x35 번지값으로 바꿔 STEP4,5를 반복해 Y-axis data 를 측정해 본다.

[STEP 8] 0x36, 0x37 번지값으로 바꿔 STEP4,5를 반복해 Z-axis data 를 측정해 본다.