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一粒金砂(中级)

疯壳AI开源无人机SPI(六轴传感器数据获取) [复制链接]

本帖最后由 fengke 于 2021-3-30 11:42 编辑

一、ICM20602简介

   六轴传感器在当今智能穿戴和定位导航产品中被广泛应用,而六轴传感器中做的最好的要属InvenSense公司的产品了,ICM20602便是其推出的优秀六轴传感器之一。

ICM20602集成3轴加速度计和3轴陀螺仪,其中陀螺仪量程范围可以选择+/-250dps,+/-500dps,+/-1000dps和+/-2000dps这四种,而加速度计量程范围可选择+/-2g,+/-4g,+/-8g和+/-16g四种。

ICM20602支持高达400KHz的I2C以及高达10MHz的SPI,具有较高的接口兼容性。

ICM20602的实物图如下所示。

image.png

ICM20602的引脚如下图所示。

image.png

二、SPI概述

SPI是指Serial Peripheral Interface的缩写,即串行外围设备接口,是一种高速的、全双工、同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的引脚,SPI的4条通信线为:

(1)MISO主入从出接口;

(2)MOSI主出从入接口;

(3)SCLK由主设备产生的时钟信号;

(4)CS由主设备控制的从设备片选信号。

STM32F103的SPI的时钟最高可达18MHz,支持DMA。

SPI主从机通信,如下图所示:

image.png

当有多个设备挂载在SPI总线上,其接线图如下图所示。

image.png

单片机和外围器件之间进行SPI同步串行数据传输时,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,低位在前,高位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比I2C总线要快,速度可达到几Mbp,相比于其它总线,SPI协议简单,相对数据速率高,但是SPI也有它的缺点,比如没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。

 

三、SPI总线协议

SPI通信需要掌握以下知识: 时钟极性、时钟相位以及SPI的传输时序。

(1)时钟极性,SPI通过时钟极性(CPOL)来决定在总线空闲时,同步时钟(SCLK)信号线的电平是高电平还是低电平。当时钟极性为0时(CPOL=0),SCLK信号线在空闲时为低电平;当时钟极性为1时(CPOL=1),SCLK信号线在空闲时为高电平;

(2)时钟相位,SPI通过时钟相位(CPHA)用来决定何时进行信号采样。当时钟相位为1时(CPHA=1),在SCK信号线的第二个跳变沿进行采样;这里的跳变沿究竟是上升沿还是下降沿?这取决于时钟的极性。当时钟极性为0时,取下降沿;当时钟极性为1时,取上升沿;如下图所示:

image.png

当时钟相位为0时(CPHA=0),在SCK信号线的第一个跳变沿进行采样。跳变沿同样与时钟极性有关:当时钟极性为0时,取上升沿;当时钟极性为1时,取下降沿;如下图所示:

image.png

 

四、 SPI寄存器

在本次实验中使用到的是STM32的硬件SPI,STM32的硬件SPI所涉及的寄存器较多,这里挑选较为重要的来讲解。

(1)SPI_CR1:SPI控制寄存器1,如下图所示:

其中SPE为SPI使能控制位,等于1时使能SPI,等于0时关闭SPI;BR[2:0]为SPI的波特率控制位,BR[2:0]等于000则波特率为fPCLK/2,等于001则波特率为fPCLK/4,等于010则波特率为fPCLK/8,等于011则波特率为fPCLK/16,等于100则波特率为fPCLK/32,等于101则波特率为fPCLK/64,等于110则波特率为fPCLK/128,等于111则波特率为fPCLK/256;MSTR为SPI主从模式选择位,等于0时为从模式,等于1时为主模式;CPOL为SPI时钟极性设置位,为0则空闲时钟为低电平,为1则空闲时钟为高电平;CPHA为SPI时钟相位设置位,等于0时,在第一个时钟跳边沿开始采集,等于1时,在第2个时钟跳边沿开始采集。

(2)SPI_SR:SPI状态寄存器,如下图所示:

image.png

其中TXE是发送缓冲区状态位,该位为0时发送缓冲区非空,为1时发送缓冲区为空;RXNE为接收缓冲区状态位,该位为0时接收缓冲区为空,该位为1时,接收缓冲区为非空。

(3)SPI_DR:SPI数据寄存器,用于存储接收或者发送的数据。SPI_DR的描述如下图所示:

image.png

其中DR[15:0]存放SPI数据。

五、六轴传感器数据获取实验

六轴传感器数据获取实验使用STM32的硬件SPI与六轴传感器ICM20602相连接,串口1即UART1,通过USB转串口模块连接电脑,把SPI获取到的六轴数据通过串口1传输到电脑端的串口调试助手显示出来。做该实验的时候需要把视觉模组暂时取下,并且把USB转串口的线接到视觉模组接口处。六轴传感器ICM20602在无人机顶部的白色RGB彩灯盒里,通过软排把SPI及供电口接出,如下图所示。

image.png

根据原理图,可以看到ICM20602的的SPI接口分别是:PB13、PA5、PA6、PA7,如下图所示。

image.pngimage.png

串口1的配置可以参考《串口(基础收发),配置代码(通过调用官方库)

获取ICM20602的数据代码编写的思路如下:

 

代码思路

1

管脚配置

1、定义结构体;

2、使能时钟;

3、填充结构体;

4、装载结构体。

2

SPI配置

1、定义结构体;

2、使能时钟;

3、填充结构体;

4、装载结构体;

5、使能SPI。

3

SPI读写逻辑

1、读一个字节;

2、写一个字节。

4

ICM20602驱动

1、从传感器读;

2、从传感器写;

3、ICM20602初始化。

SPI初始化代码如下:

image.png

SPI的读写代码如下。

image.png

ICM20602的初始化代码如下。

image.png

ICM20602的读写代码如下。

image.png

这里注意要把串口的发送也配置好,这样才能把数据发送到电脑。串口1通过USB转串口模块接到电脑,获取ICM20602代码如下。

image.png

image.png

保存、编译、下载代码,可以看到USB转串口模块在不断地打印ICM20602的X轴加速度高8位,数据如下图所示:

image.png

此帖出自创意市集论坛

2.飞控开发基础-【6】SPI(六轴传感器数据获取).pdf

1.27 MB, 下载次数: 1


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一粒金砂(中级)

疯壳AI开源无人机      感谢楼主的整个xi整个系列系统性分享   谢谢


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