一、项目介绍

本系统是为参加硬禾学堂联合Digi-Key发起的FastBond活动而设计的，活动规则是项目的板卡必须同时使用ADI和美信的产品实现相关功能。

本系统主要使用了ADI的ADXL345三轴加速度传感器模块、MAXIM的MAX7219点阵显示模块，来实现体感控制功能。

控制器采用Seeed公司的Seeeduino XIAO开发板，控制器采集ADXL345的加速度信息，当在Y轴方向转动开发板时，控制器根据加速度（倾角）的变化，控制MAX7219显示模块的显示内容动态变化。

二、具体设计

2.1 硬件设计

系统用到的硬件如下表所示

Seeeduino XIAO 开发板为Seeed公司产品，它体积小巧，接口丰富。主控芯片为ARM Cortex-M0+ CPU(SAMD21G18)，主频高达 48MHz。它具有14个引脚，引脚可配置，根据配置不同，可提供11 digital/analog pins, 10 PWM Pins, 1 DAC output, 1 SWD, 1 I2C interface, 1 UART interface, 1 SPI interface等各种接口。Seeeduino XIAO 开发板为Seeed公司产品，它体积小巧，接口丰富。主控芯片为ARM Cortex-M0+ CPU(SAMD21G18)，主频高达 48MHz。

ADXL345 是 ADI 公司推出的基于 iMEMS 技术的 3 轴、数字输出加速度传感器。该加速度传感器的特点有：

1. 分辨率高。最高 13 位分辨率。
2. 量程可变。具有+/-2g， +/-4g， +/-8g， +/-16g 可变的测量范围。
3. 灵敏度高。最高达 3.9mg/LSB，能测量不到 1.0°的倾斜角度变化。
4. 功耗低。 40~145uA 的超低功耗，待机模式只有 0.1uA。
5. 尺寸小。整个 IC 尺寸只有 3mm*5mm*1mm， LGA 封装。

 为提高开发进度，在网上直接购买的电子积木成品，模块接口为I2C接口。

MAX7219 是美国 MAXIM 公司推出的多位LED显示驱动器，是一种集成化的 串行 输入/输出 共阴极 显示驱动器，采用 3线 串行接口传送数据，可直接与单片机接口连接，用户能方便修改其内部参数，以实现多位LED显示。它内含硬件动态扫描电路、BCD译码器、段驱动器和位驱动器。此外，其内部还含有8X8 位静态RAM，用于存放8 个数字的显示数据。

使用MAX7219,可以驱动8*8点阵或8个数码管。MAX7219与MCU相连的引线有三条：DIN、CLK、CS，可与SPI接口兼容。此次购买的电子积木套件散件 (含电路板)，自行焊接完成。

散件图

原理图

焊接完成

系统接线

2.2 软件设计

系统使用Arduino进行编程，主要用了Adafruit_ADXL345库和U8g2库，开发非常方便。

代码说明

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_ADXL345_U.h>

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>


/* Assign a unique ID to this sensor at the same time */
Adafruit_ADXL345_Unified accel = Adafruit_ADXL345_Unified(12345);


U8G2_MAX7219_8X8_F_4W_SW_SPI u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/ 8, /* data=*/ 10, /* cs=*/ 9, /* dc=*/ U8X8_PIN_NONE, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);//引脚可以根据实际情况，自定义或指定，可以是代号或引脚号，如MOSI、SCK。

void setup(void) 
{

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Accelerometer Test"); Serial.println("");
  
  /* Initialise the sensor */
  if(!accel.begin())
  {
    /* There was a problem detecting the ADXL345 ... check your connections */
    Serial.println("Ooops, no ADXL345 detected ... Check your wiring!");
    while(1);
  }

  /* Set the range to whatever is appropriate for your project */
  accel.setRange(ADXL345_RANGE_16_G);
  // accel.setRange(ADXL345_RANGE_8_G);
  // accel.setRange(ADXL345_RANGE_4_G);
  // accel.setRange(ADXL345_RANGE_2_G);

  Serial.println("");
  
  u8g2.begin();
}

void loop(void) 
{
  /* Get a new sensor event */ 
  sensors_event_t event; 
  accel.getEvent(&event);
 
  /* Display the results (acceleration is measured in m/s^2) */
  Serial.print("X: "); Serial.print(event.acceleration.x); Serial.print("  ");
  Serial.print("Y: "); Serial.print(event.acceleration.y); Serial.print("  ");
  Serial.print("Z: "); Serial.print(event.acceleration.z); Serial.print("  ");Serial.println("m/s^2 ");
  delay(500);


 if (event.acceleration.y<=0)
  {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_victoriabold8_8r);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,8,"I");  // 显示“I”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }
  if (event.acceleration.y>0 && event.acceleration.y<1)
  {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_victoriabold8_8r);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,9-event.acceleration.y*8,"I");  // 显示“I”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }
    else if (event.acceleration.y>=1 && event.acceleration.y<2)
  {
     u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
     u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_human_1x_t); // 设置心形字体
     u8g2.drawGlyph(0,17-event.acceleration.y*8,66);  // 64-时钟 65-箭头 66-心形
     u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }
  else  if (event.acceleration.y>=2 && event.acceleration.y<3)
  {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_victoriabold8_8r);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,25-event.acceleration.y*8,"H");  // 显示“H”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }
  else  if (event.acceleration.y>=3 && event.acceleration.y<4)
  {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_victoriabold8_8r);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,33-event.acceleration.y*8,"B");  // 显示“B”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }
    else  if (event.acceleration.y>=4 && event.acceleration.y<5)
  {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_victoriabold8_8r);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,41-event.acceleration.y*8,"U");  // 显示“U”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }  
    else  if (event.acceleration.y>=5)
 {
    u8g2.clearBuffer();  // 清除缓存
    u8g2.setFont(u8g2_font_p01type_tr);// 设置字体
    u8g2.drawStr(0,3,"1");  // 显示“1”
    u8g2.drawStr(2,5,"0");  // 显示“0”
    u8g2.drawStr(5,7,"0");  // 显示“0”
    u8g2.sendBuffer();          // 显示内容
    }  
}

三、演示效果

电路板平放时，点阵显示I，当手捏住电路板，向上翻转时，会依次动态显示，

I HBU 100， 为母校100周年校庆送上祝福。

四、心得体会

本次活动，主要有以下体会

1．报名时比较仓促，没有仔细选择芯片，导致得捷购买的芯片使用起来难度较大。如TMC4671芯片，封装引脚过密，对没有做个电路板设计的新手，使用和焊接难度较大。虽然官网有参考的开发板设计图，但该芯片调试还需要采购配套的USB下载器等，价格较高，最终放弃了该方案。

2．因工作原因，没有太多业余时间，原计划使用MAX32660开发板完成这个项目，并增加HC-05蓝牙模块，做一个体感遥控手柄。后来还是考虑加快调试速度，改为支持Arduino的开发板，仅完成了活动的基本要求。

3.因未仔细阅读芯片手册及开发板资料，开始将模块电源接到了开发板3.3V引脚，导致电流过大，损坏了开发板引脚，后改为5V引脚，还好开发板还能勉强工作。

4.免费的KiCad软件非常好，这次没有把教程学完，就用面板板焊接的硬件。多年来一直没有完整的学习电路板硬件设计，苏老师的课程内容非常丰富实用，后面一定加强学习。