TDK SmartMotion Platform Ver. G 硬件開(kāi)發(fā)指南

在當(dāng)今的電子技術(shù)領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從消費(fèi)電子到工業(yè)控制，都離不開(kāi)高精度、高性能的運(yùn)動(dòng)傳感器。TDK 的 SmartMotion Platform Ver. G 就是這樣一款為運(yùn)動(dòng)傳感器開(kāi)發(fā)量身打造的綜合開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。今天，我們就來(lái)深入了解一下這個(gè)平臺(tái)。

文件下載：TDK InvenSense DK-42686-P開(kāi)發(fā)套件.pdf

一、平臺(tái)概述

TDK SmartMotion Platform Ver. G 是以 Microchip SAMG55 MCU 為核心構(gòu)建的綜合開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，專為 TDK InvenSense 運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)備服務(wù)。它就像是一個(gè)強(qiáng)大的“魔法盒子”，能讓客戶快速評(píng)估和開(kāi)發(fā)基于 InvenSense 傳感器的解決方案。

這個(gè)平臺(tái)的一大亮點(diǎn)是集成了板載嵌入式調(diào)試器（EDBG），這意味著我們?cè)趯?duì) SAMG55 MCU 進(jìn)行編程或調(diào)試時(shí)，無(wú)需再使用外部工具，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程。同時(shí)，它還配備了必要的軟件，包括基于 GUI 的開(kāi)發(fā)工具 InvenSense MotionLink 和適用于 InvenSense 運(yùn)動(dòng)傳感器的嵌入式運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序（eMD）。

1. 嵌入式運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序（eMD）

eMD 就像是平臺(tái)的“智能大腦”，它由一組 API 組成，可以對(duì)平臺(tái)的各個(gè)方面進(jìn)行配置。比如，我們可以設(shè)置運(yùn)動(dòng)傳感器的參數(shù)，像滿量程范圍（FSR）、輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）、低功耗或低噪聲模式，以及傳感器與主機(jī)的接口（I2C、SPI）等。此外，eMD 還能在 MCU 上運(yùn)行一些增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)功能，如傳感器融合、加速度計(jì)和陀螺儀校準(zhǔn)，以及安卓功能（游戲旋轉(zhuǎn)矢量、重力、線性加速度）等。

2. 開(kāi)發(fā)工具 InvenSense MotionLink

MotionLink 是一個(gè)基于 GUI 的開(kāi)發(fā)工具，它就像是一個(gè)“數(shù)據(jù)可視化大師”，可以捕獲并直觀展示來(lái)自運(yùn)動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)流。通過(guò)它，我們可以更方便地觀察和分析傳感器的數(shù)據(jù)，從而更好地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試。

3. 平臺(tái)兼容性

該平臺(tái)支持 Atmel Studio，并且與 Microchip Xplained Pro 擴(kuò)展板兼容。Xplained Pro 擴(kuò)展系列評(píng)估套件就像是平臺(tái)的“超級(jí)外掛”，能為開(kāi)發(fā)板提供額外的外設(shè)，擴(kuò)展其功能，讓我們的開(kāi)發(fā)工作更加輕松。

二、平臺(tái)特性與硬件指南

1. 特性概述

• 集成 TDK InvenSense 運(yùn)動(dòng)傳感器：為我們提供了高精度的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能力。
• 支持磁性傳感器：通過(guò)插入子板（DB），可以方便地連接磁性傳感器，拓展了平臺(tái)的應(yīng)用范圍。
• Microchip SAMG55 微控制器：擁有 512 KB Flash，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序運(yùn)行提供了充足的空間。
• 板載嵌入式調(diào)試器（EDBG）：方便我們進(jìn)行編程和調(diào)試工作。
• 內(nèi)置 FTDI USB 到 UART 接口：實(shí)現(xiàn)了快速的運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)傳輸。
• USB 連接器：用于主機(jī)與軟件的調(diào)試和數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)還能為開(kāi)發(fā)板供電。

2. 平臺(tái)概述

TDK SmartMotion Platform Ver. G 是一個(gè)用于 TDK 傳感器產(chǎn)品評(píng)估和算法軟件開(kāi)發(fā)的硬件單元，它就像是一個(gè)“萬(wàn)能工具箱”，支持多種不同的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

3. 硬件用戶指南

該平臺(tái)與 Microchip 的 SAM G55 Xplained Pro 兼容，我們可以參考 Atmel Xplained Pro 用戶指南（http://www.atmel.com/Images/Atmel - 42389 - SAM - G55 - Xplained - Pro_User - Guide.pdf）來(lái)了解更多詳細(xì)信息。

三、傳感器與開(kāi)發(fā)套件

TDK SmartMotion Platform Ver. G 支持多種類型的 TDK IMU 和壓力傳感器，每個(gè)傳感器都有對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)套件（DK）。需要注意的是，這些 DK 板僅適用于在室溫下進(jìn)行基本的傳感器產(chǎn)品評(píng)估和軟件開(kāi)發(fā)，如果需要在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行傳感器評(píng)估或特性測(cè)試，我們需要從 TDK 的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師（FAE）或銷售代表處獲取評(píng)估板（EVB）。

1. 部分開(kāi)發(fā)套件介紹

• DK - 40627：用于 TDK IMU ICM - 40627 的開(kāi)發(fā)套件。ICM - 40627 是一款 6 軸 MEMS 運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備，結(jié)合了 3 軸陀螺儀和 3 軸加速度計(jì)，適用于基于手勢(shì)的手持設(shè)備，如鼠標(biāo)。它還捆綁了 TDK 的 Air Motion Library，能實(shí)現(xiàn)精確的鼠標(biāo)指向、滑動(dòng)、滾動(dòng)等運(yùn)動(dòng)手勢(shì)。
• DK - 42370 - P：對(duì)應(yīng) TDK IMU ICM - 42370 - P，是一款高性能的 3 軸 MEMS 運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備，具有可配置的主機(jī)接口，支持 I3C、I2C 和 SPI 串行通信。
• DK - 20100：用于 TDK 壓力傳感器 ICP - 20100，能提供高精度、低功耗的氣壓和溫度傳感解決方案。

2. 傳感器連接與參數(shù)設(shè)置

這些傳感器大多可以通過(guò) I2C 或 SPI 接口與 SAMG55 MCU 進(jìn)行通信，軟件會(huì)自動(dòng)選擇接口類型。傳感器的 I2C 從地址和 SPI 片選信號(hào)等參數(shù)也都有明確的規(guī)定，同時(shí)，我們可以通過(guò) J3 來(lái)設(shè)置 VDDIO 電壓電平為 1.8V 或 3.3V。

3. 磁性傳感器連接

第三方磁性傳感器可以通過(guò)子板（DB）連接到與 TDK 傳感器相同的 SAMG55 MCU I2C 總線上，但前提是它具有不同的從地址。CN2/3 是專門(mén)為磁性傳感器 DB 插入設(shè)計(jì)的，僅支持 I2C 通信，我們可以參考 TDK 9X 開(kāi)發(fā)套件用戶指南（AN - 000455）來(lái)選擇推薦的磁性 DB 選項(xiàng)。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)框圖

板載的 EDBG MCU AT32UC3A4256HHB - C1UR 讓我們無(wú)需使用外部工具就能對(duì)主 MCU SAMG55 進(jìn)行調(diào)試、跟蹤和編程。系統(tǒng)框圖清晰地展示了各個(gè)模塊之間的連接關(guān)系和信號(hào)傳輸路徑，幫助我們更好地理解整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)。

2. 主 MCU SAMG55 資源分配

3. 連接器

開(kāi)發(fā)板上的連接器都有各自明確的功能，例如 CN2/CN3 是用于磁性傳感器子板的連接器，僅支持 I2C 接口；CN6 是用于 FTDI USB 到串行 UART 接口的 USB 連接器等。我們?cè)谑褂脮r(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求正確連接這些連接器。

4. 跳線設(shè)置

跳線設(shè)置就像是給開(kāi)發(fā)板“指路”，不同的跳線組合可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。例如，J1 用于選擇 SAMG55 主 IC 的輸入源，J2 用于選擇開(kāi)發(fā)板的電源來(lái)源，J3 用于設(shè)置系統(tǒng) VDDIO 電平，J4 提供了數(shù)字信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)。

五、原理圖與電路板 PCB

1. 原理圖

原理圖詳細(xì)展示了開(kāi)發(fā)板各個(gè)部分的電路連接關(guān)系，包括主 MCU、嵌入式調(diào)試器、傳感器、子板和評(píng)估板連接器等。通過(guò)查看原理圖，我們可以深入了解電路的工作原理，為電路設(shè)計(jì)和故障排查提供依據(jù)。

2. 電路板 PCB

電路板 PCB 的設(shè)計(jì)直接影響到開(kāi)發(fā)板的性能和穩(wěn)定性。從 PCB 的頂視圖和底視圖中，我們可以看到各個(gè)元件的布局和布線情況，這有助于我們?cè)趯?shí)際開(kāi)發(fā)中進(jìn)行合理的布局規(guī)劃和信號(hào)處理。

六、總結(jié)

TDK SmartMotion Platform Ver. G 是一個(gè)功能強(qiáng)大、靈活性高的運(yùn)動(dòng)傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它不僅提供了豐富的硬件資源和軟件工具，還具有良好的兼容性和擴(kuò)展性，能滿足不同用戶在運(yùn)動(dòng)傳感器開(kāi)發(fā)方面的需求。無(wú)論是初學(xué)者還是有經(jīng)驗(yàn)的工程師，都能借助這個(gè)平臺(tái)快速開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)用。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到什么有趣的問(wèn)題或者獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。