三防平板電腦中的陀螺儀是一種用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)備，又叫角速度傳感器，但一個(gè)角速度傳感器不是陀螺儀，只有在 XYZ 三個(gè)軸方向上，各放一個(gè)角速度傳感器，才叫陀螺儀，又叫三軸陀螺儀。

三軸陀螺儀的基本原理如下：它是利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺穩(wěn)定不倒的原理，經(jīng)過擴(kuò)展應(yīng)用而做成的。為了說明原理，先說一下XYZ軸，XY軸是平面二維，如圖1所示。再加一個(gè)垂直Z軸，則叫立體三維，如圖13-2所示。

圖1 平面二維坐標(biāo)

圖2 立體三維坐標(biāo)

三防平板電腦中的三軸陀螺儀的構(gòu)造原理可以用三個(gè)圓環(huán)和一個(gè)轉(zhuǎn)子的合成來描述，其基本原理如圖 3所示。

圖3 陀螺儀的構(gòu)造原理

三防平板電腦中的三軸陀螺儀最內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)的慣性，中間的轉(zhuǎn)子保持穩(wěn)定的方向不變，這也是作為測(cè)試其他 3 個(gè)圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)角的基準(zhǔn)參考點(diǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)子就像 XYZ 軸的中心原點(diǎn) O 一樣，是測(cè)量的起點(diǎn)，即測(cè)量的基準(zhǔn)參考點(diǎn)，當(dāng)由于外力使陀螺儀的姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，這三個(gè)圓環(huán)（或之一）的角度就會(huì)發(fā)生變化，也就是圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)角發(fā)生了變化，經(jīng)過測(cè)量轉(zhuǎn)換，就可以得出代表旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)。三防平板電腦通過這些數(shù)據(jù)，就可以知道陀螺儀的姿態(tài)發(fā)生了哪些變化，例如，是俯仰，還是滾動(dòng)、航向等的變化。關(guān)于俯仰、滾動(dòng)、航向的說明如圖13-4所示。

圖4 物體姿態(tài)的定義

三防平板電腦中的關(guān)于俯仰、滾動(dòng)、航向的定義是針對(duì)物體的姿態(tài)進(jìn)行定義的，也就是 X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)角度的變化，其中圍繞 X 軸旋轉(zhuǎn)角的變化，叫俯仰；圍繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)角的變化叫滾動(dòng)；圍繞Z 軸旋轉(zhuǎn)角的變化叫航向。而三軸旋轉(zhuǎn)角的變化代表物體的姿態(tài)發(fā)生了變化，如飛機(jī)、潛艇、汽車，甚至是平板電腦，這些物體位置的改變，就說明這些物體的姿態(tài)發(fā)生了改變，也就是 X、Y、Z 軸的旋轉(zhuǎn)角發(fā)生了改變。用陀螺儀就可以測(cè)量出這些變化的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)送給 CPU 處理后，CPU 根據(jù)這些數(shù)據(jù)發(fā)出相應(yīng)的控制命令，作出相應(yīng)的控制或修正，使這些物體設(shè)備能更好更穩(wěn)定的工作。

由上述可知，陀螺儀主要用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)的角度，又叫角速度。根據(jù)精度不同，可以分為機(jī)械陀螺儀、激光陀螺儀、MEMS 陀螺儀，這些陀螺儀廣泛應(yīng)用于航母、潛艇、飛機(jī)、火箭，制導(dǎo)、跟蹤、鎖定、導(dǎo)航、汽車、游戲、相機(jī)防抖等各個(gè)方面，有的陀螺儀配合加速度計(jì)和電子指南針，可以獲得更好、更精確的結(jié)果。

三防平板電腦3G4200 的工作流程為：上電正常后，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始化，初始化完成后，進(jìn)入準(zhǔn)備好的就緒狀態(tài)。當(dāng)平板電腦或其他設(shè)備（裝有該芯片的載體）的姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，L3G4200 就會(huì)將旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)保存起來，然后向 CPU 發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)（INT 引腳變低電平），CPU 檢測(cè)到中斷以后，就通過 I2

C 總線中的 SDA 引腳將 L3G4200 中的數(shù)據(jù)取走，經(jīng)過處理后送給相應(yīng)的應(yīng)用程序使用，或者送給顯示器顯示，又或者由 CPU 去做相應(yīng)的控制。

圖5 L3G4200與CPU的電路連接

幾種常見陀螺儀的引腳定義如圖13-9 和圖13-10所示。

圖6 陀螺儀芯片MPU3100的引腳定義

圖7 陀螺儀芯片MPU6050的引腳定義

三防平板電腦中使用的陀螺儀是采用 MEMS（微機(jī)械和電子系統(tǒng)）技術(shù)制造的，它的外觀就是一塊集成電路。其外觀如圖8所示。

圖8 陀螺儀傳感器集成電路

陀螺儀傳感器集成電路主要包括MEMS內(nèi)部傳感器（Inertial Sensor MEMS）和大規(guī)模集成電路 ASIC 兩部分，其內(nèi)部構(gòu)造如圖9 所示。圖 10 是內(nèi)部 MEMS 放大后的照片。

平板電腦中常用的陀螺儀型號(hào)包括：L3G4200、MPU6050/3050/3100、ADXRS450、L3G462（模擬輸出）。

圖9 陀螺儀的內(nèi)部構(gòu)造

圖10 MEMS放大后的照片13.1.2 陀螺儀電路的工作原理

三防平板電腦中的陀螺儀電路的型號(hào)比較多，但原理和引腳定義都差不多，現(xiàn)以L3G4200為例說明。

L3G4200 是采用 MEMS 制造的，內(nèi)含溫度傳感器的三軸陀螺儀，可通過 I2

C 總線或SPI總線進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。

L3G4200芯片的引腳定義如下：

1腳VDDIO：I/O引腳的電源；

2腳SPC/SCL：I2

C總線和SPI總線的時(shí)鐘輸入腳；

3腳SDA/SDI：I2

C總線的數(shù)據(jù)腳，SPI總線的數(shù)據(jù)輸入端；

4腳SDO/SA0：SPI總線的數(shù)據(jù)輸出端和I2

C總線的地址選擇；

5腳CS：總線選擇（選擇SPI，選擇I2

C總線）；

6腳DRDY/INT2：數(shù)據(jù)就緒和中斷；

7腳INT：中斷；

8～12腳RES：保留（接地）；

13腳GND：接地；

14腳PLL FILT：鎖相環(huán)濾波端；

15腳RES：保留（接電源）；

16腳VDD：電源。

其中第 4 腳 SA0 是總線地址選擇，因?yàn)?I2

C 總線為了區(qū)分和選擇哪個(gè)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以并接多個(gè)設(shè)備（芯片），所以通過此芯片的地址（如0x6H）來選擇哪個(gè)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，SA0這個(gè)引腳就是確定某個(gè)地址用的。第5腳CS是選擇總線用的，因?yàn)樵撔酒梢杂脙煞N數(shù)據(jù)總線（I2

C 總線和 SPI 總線）進(jìn)行傳輸控制，當(dāng) CS 接地時(shí)，即“0”時(shí)選擇SPI 總線，當(dāng) CS 接電源時(shí)，即“I”選擇 I2

C 總線。L3G4200 和 CPU 的連接電路如圖10所示。