在现代控制系统中，角度测量装置是非常关键的需要高精度的部件，其测量精度直接影响着整个系统的性能和精度。目前已有的利用的加速度传感器实现高精度角度测量的研究，主要侧重于单轴的角度测量。本文将重点讨论利用双轴加速传感器 ADXL202 实现高精度角度测量的硬件方法。

本角度测量仪采用 STM32F107 作为数据处理的核心芯片。这是一款低功耗、高速度的 32 位处理器，拥有 Cortex-M3 内核。角度测量模块使用的是高精度、低功耗的双轴加速度传感器 ADXL202，能将加速度信号转换成数字方波信号输出，可直接与 STM32F107 连接，通过一定的算法即可计算出当前的倾斜角度。显示模块使用的是 12864ZW 型 128×64 的点阵液晶显示器。

角度测量模块

角度测量模块使用的是 ADI 公司出品的低成本、低功耗、高精度的双轴加速度传感器 ADXL202，其测量范围为-2g～+2g，既能测量动态加速度，又能测量静态加速度。它的工作电压是 3.0～5.25V，工作电流低于 0.6mA，最高主频可达到 70MHz，所以从功耗、灵敏度和精确度考虑，选择 ADXL202 作为角度测量模块的核心芯片。

图 ADXL202 的功能结构框图

角度测量模块硬件电路设计

为保证 ADXL202 高精度稳定的工作，需要根据芯片技术文档和实际使用情况，来配置信号周期、滤波电容（决定信号的带宽）。ADXL202 的输出信号是脉宽占空比调制信号，占空比 T1/T2 与被测加速度成正比。0g 时，其输出为 50%占空比，灵敏度为每 g 所引起的脉宽占空比变化 12.5%。查阅芯片的技术文档，可以通过电阻 RSET 来设定 DCM 的周期：ADXL202 通过 XFILT、YFILT 外接电容 CX、CY 来设定 ADXL202 的带宽，这个带宽决定了它的测量精度，同时电容 CX、CY 可以去混叠和滤波。为了使脉宽占空比的误差最小，模拟带宽应比脉宽占空比的频率低 1/10。对技术文档提供的表 2 进行分析，并考虑设定 T2 为 1ms，脉冲占空比频率为 1kHz，为满足实际需要和 DCM 误差最小的要求，选择 0.05μF 的滤波电容，此时模拟带宽为 100Hz。根据芯片的引脚配置图和以上的各类配置，可以设计角度检测模块的硬件电路，其电路原理如图 4 所示，其脉冲输出端直接与 STM32F107 的 I/O 口相连。

角度采集原理图

由图可知，ADXL202 是基于单片集成电路的完善的双轴加速度测量系统，对 X、Y 轴而言，输出环路将加速度信号转换为脉宽占空比的数字信号输出，这些数字信号可直接传输给 STM32F107，无需 A/D 转换或其他附加的其他电路。

本文论述了一种基于 ADXL202 的高精度角度测量仪的研究和设计方法，对 ADXL202 的角度测量原理和 STM32F107 的输入捕获功能进行了详细的介绍。经实验测试，该测量仪能高精度地完成角度测量，而且可靠性好，对角度测量的研究和设计有着积极的意义。