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电工技术基础 什么是四自由度的集成惯性测量传感器？其性能如何？
四自由度ADIS16300是一个完整的惯性测量传感器，其内置单轴陀螺仪和三轴加速度计，每个传感器都实现了iMEMS（Motion Signal Processing Technology）技术与信号调理技术的完美结合，可提供最优化的动态性能。工厂校准为每个传感器提供灵敏度、偏置、对准和线性加速度特性。因此，每个传感器都拥有自身的动态补偿，从而可以在4.75～5.25 V的电源范围内进行精确的传感器测量。由于ADIS16300所有必要的运动检测与校准都是在工厂完成，大幅缩短了系统集成时间，并降低了测试设备成本。ADIS16300采用改进的SPI接口，可提供更快的数据收集与配置控制，用户实现就像供电及连接SPI（串行外设接口）端口一样简单。ADIS16300采用23mmx3lmm×7.5mm封装，具有2000g额定耐冲强度，并提供了一个标准的连接接口，使其能方便地进行水平或垂直安装。
ADIS16300角速度检测的动态范围具有±75、士150以及±300(。)／s三种选项，三轴加速度的动态范围为土39，可提供350Hz带宽，高达1200次／秒的采样速率，并具有嵌入式与可编程数字滤波功能。ADISI6300其价格仅为其他同级产品的I/IO，可广泛应用于医疗仪器、机器人、惯性测量单元、导航控制等领域。
ADIS16300结构功能如图2-80所示，图(a)为ADIS16300的坐标系，标出了每个惯性传感器（陀螺仪和加速度计）的测量朝向。图(b)为ADIS16300的标准接口引脚配置图，引脚16、17、18、19、22、23、24是没有连接的预留引脚；引脚10、11、12为电源VCC:引脚13、14、15为电源GND；引脚3、4、5、6分别为SPI接口的时钟、数据输出、数据输入和器件选择引脚；引脚1、2、7、9分别为配置数据输入、输出引脚；引脚8为复位引脚；引脚21、22分别为12位的ADC输入和DAC输出引脚。
ADIS16300功能模块框图如图2-81所示，温度传感器、MEMS角速度传感器和三轴MEMS加速度传感器分别感知环境温度、器件所受角速度和三维加速度。对信号调理与转换，经校准与数字信号处理后将数据存入输出寄存器供外部SPI主控器件读取。ADIS16300是一个智能传感器，传感器上电后便自动以819.2次／秒采样速率进行惯性测量。每个采样周期结束后，传感器测量结果存放至输出寄存器，并且DIO1，jI脚向器件外产生-个脉冲，表示一个完整的新惯性测量数据已经采集准备好，可供外部SPI主控器件读取。
ADIS16300是一个全数字接口的智能传感器系统，其SPI接口与各种微处理器SPI主控制器件接
线如图2-82所示。
SPI卜器件各引脚功能分别为：SS为从器件选择；IRQ为中断请求；MOSI为主器件输出，从器件输入；MISO为器件输入，从器件输出；SCLK为连续时钟。ADIS16300对SPI时钟需满足：正常模式下SCLK不高于2MHz；数据进发模式下SCLK不高于IMHz；在低电压模式下SCLK不高于300kHz。
通过ADIS16300的SPI接口可读取其传感器的供电电压，陀螺仪值，X、y、Z轴加速度值，温度值，纵摇角，横摇角等数据。根据ADIS16300读取数据时序。读取每个寄存器的内容分为两步，即2个l6位的时序：第1个16位时序向ADIS16300写入读取命令和寄存器地址；第2个16位时序将对应寄存器内容发送至DOUT数据线上。例如，如果第1个16位时序DrN=OxOAOO，那么第2个时序时，XACCL__ OUT (X轴加速度值)将被发送到DOUT数据线上。
数据迸发模式是连续读取ADIS16300数据的最好方式。
在10个连续的时序周期内，9个常用寄存器数据可方便读到，它们分别是：SUPPLY_ OUT（供电电压）、GYRO OUT（陀螺仪）、XACCL- OUT (X轴加速度)、YACCL一OUT (Y轴加速度)、ZACC L _OUT (Z轴加速度)、TEMP_ OUT（温度）、PITHC一OUT（俯仰角）、ROLL-OUT （横滚角）和AUX—ADC (ADC转换结果)。数据进发模式操作为：在连续10个时序周期内，DIN引脚对应的10个输入数据以0011 1110 0000 0000 (Ox3EOO)开始，之后9个数据可任选。同时在DOUT引脚上依次输出如上所述9个输出寄存器内的数据。
表2-3说明了ADIS16300数据输出的格式和比例因子。从表2-3中可知，SUPPLY OUT和AUX_ ADC数据格式都为12位的二进制数据。各惯性传感器输出的数据格式均为14位2的补码，温度传感器输出数据格式和AUX ADC数据格式都是12位2的补码，而横摇角和纵摇角数据格式为13位2的补码。也就是说Ox0000是0 LSB，Ox0001是+1 LSB，2n-l(n：12，13，14)妁．1 LSB，LSB为
满量程输入范围的最小单位。若为GYRO OUT时，l LSB=0.05(。)／s。
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