ADXL345过采样原理详解：提高输出分辨率的步骤与考虑

介绍了过采样技术在 ADXL345 三轴加速度计中的应用，包括过采样原理在 ADXL345 上的实现、配置步骤、数据处理及噪声考虑因素，以提高其输出分辨率，适用于对分辨率有更高要求的应用场景。
*附件：如何利用先进先出(FIFO)缓冲器提高ADXL345的分辨率.pdf

1. 过采样技术原理
   • 模数转换基础 ：数字输出加速度计（如 ADXL345）有内部 ADC，分辨率固定。过采样技术以更高速率采样模拟信号，结合数字滤波和抽取提高分辨率，原理是将总量化噪声分散到更高带宽，再滤波减少噪声，从而在保持信噪比前提下提高分辨率。
   • 过采样系数与分辨率关系 ：过采样系数决定输出数据速率比所需速率高多少，如系数为 4 可提高 1 LSB 分辨率，系数为 16 可提高 2 LSB 分辨率，同时信噪比也会相应提高。
2. ADXL345 中的过采样实现
   • 器件特性 ：ADXL345 是三轴加速度计，含 13 位 ADC 和 32 级 FIFO（每轴），可配置输出数据速率，中断系统灵活，适合过采样。
   • 输出数据速率设置 ：先根据分辨率提升需求确定过采样系数（提高 1 LSB 选 4，提高 2 LSB 选 16），再依应用所需数据速率设置传感器输出数据速率，如所需数据速率 12.5 Hz、分辨率提高 1 LSB 时，ADXL345 数据速率可设为 50 Hz，在 BW_RATE 寄存器设置。
   • FIFO 设置 ：FIFO 存储数据量达到过采样系数值时产生水印（WM）中断，可在 FIFO 模式或流模式下使用。通过 FIFO_CTL 寄存器设置产生 WM 中断所需数据量，INT_ENABLE 寄存器使能 WM 中断，INT_MAP 寄存器分配 WM 中断到 INT1 或 INT2 引脚，详细信息参考相关手册。
3. 数据处理与实例
   • 数据读取与格式 ：通过访问数据寄存器（每轴两字节）读取 ADXL345 数据，有特定数据格式（如 ±2g 模式下右对齐数据格式），数据为二进制补码形式。
   • 微处理器处理流程 ：按所需数据速率配置 ADXL345 产生 WM 中断，处理器读取对应过采样系数的数据，经数字滤波和抽取（如求平均值）得到所需分辨率数据，过采样系数为 4 时数据相加除以 2，为 16 时除以 4。
   • 实例说明 ：以输出数据速率 200 Hz、过采样系数 4 为例，16 组数据存储在 FIFO 产生 WM 中断，展示数据处理过程，如四个数据相加除以 2 后分辨率提高 1 LSB，但要注意数据为二进制补码，除法运算可能影响结果。
4. 噪声考虑因素 ：过采样仅改善 ADC 量化误差，ADXL345 噪声为白噪声，输出噪声可根据噪声密度、数字滤波器性能计算，给出移动平均数滤波器（16 倍过采样提高 2 LSB、输出数据速率 100 Hz）的增益响应图辅助理解。