在SensorTile上使用MicroPython（一）

dcexpert

在SensorTile上使用MicroPython（一） [复制链接]

 

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前几天终于将SensorTile传感器部分的MicroPython驱动移植成功，因此就想将传感器的基本使用方法和大家讨论一下，顺便也写写MicroPython的移植方法。去年就有网友希望介绍移植方面的教程，因为各种原因一直没有时间写，正好借这个机会补上了。因为时间较少，一些地方没有仔细检查，如果发现文中有错误的地方，欢迎大家提出。

SensotTile简介

SensorTile核心板非常紧凑小巧，看起来就是一个可穿戴的原型（智能手表），因此它配置的传感器也是和运动相关的。SensorTile核心板上有4个传感器，它们分别是：

• LPS22HB，气压＋温度传感器
• LSM6DSM，三轴加速度＋三轴角速度传感器
• LSM303AGR，三轴角速度＋三轴磁场传感器
• MP34DT04，MEMS麦克风传感器
  

我们先从最简单的LPS22HB开始，逐步介绍传感器的使用和移植方法。而MP34DT04传感器这次没有使用到，它的接口也和其他传感器不同，所以暂时先不看。

LPS22HB气压传感器



硬件接口

LPS22HB的原理图如上，从上面我们可以看到，传感器使用了SPI连接方式，但是只用了CS、SCL/SPC、SDA/SDI/SDO这几个脚，SDO脚没有使用，说明它没有使用标准的SPI接口方式。此外，还可以看到INT信号也没有连接，所以也就不能使用INT模式了。通常在INT模式下，可以预先设置一个门限参数，当传感器的输出超过这个门限时，就会自动产生一个INT信号，用来唤醒MCU，然后读取并处理参数，这有助于简化编程，降低系统功耗。

从传感器的用户手册中可以看到，传感器支持SPI/I2C两种接口。这两种接口方式是通过CS脚进行切换的，当CS为低电平时是SPI方式，CS是高电平时是I2C方式。SensorTile在硬件设计时，使用了半双工的SPI接口（又叫3-wire模式），这个模式下主机只使用MOSI做数据线，而从机使用MISO。它的好处在于可以节约一个数据线，缺点就是牺牲了速度。



因为MicroPython目前不支持半双工的SPI接口方式（硬件SPI和软件SPI都不支持这个方式），因此要用SPI方式驱动传感器就只能自己通过软件模拟这种SPI方式，这不但增加了软件的复杂性，同时速度也会比较慢，所以我采用了I2C接口方式。因为SPI_SDA（PB15）和SPI_CLK（PB13）引脚并不是硬件I2C接口，所以需要用软件I2C方式。好在micropython底层已经支持软件I2C，使用方法和硬件I2C一样，速度也不慢。

这里先介绍一下软件I2C。为了使用软件I2C，我们需要使用到micropython的machine库，而不能使用pyb库。大家可能也注意到了，CC3200、ESP8266、STM32等分支在硬件底层函数接口上有很多不同，这给我们编程和程序移植带来很多不便。从v1.8版开始，micropython开始增强了machine库的功能，这样有助于统一底层接口。软件I2C的使用方法如下：

1. import machine
   
2. i2c = machine.I2C(-1, sda=machine.Pin('PB15'), scl=machine.Pin('PB13'))

复制代码

其中-1就代表使用了软件I2C，sda和scl就是使用的GPIO，可以使用任何GPIO，在SensorTile上就必须使用PB15和PB13。

直接这样定义后，大家会发现I2C还是不能工作，这是因为在SensorTile内部没有设置I2C的上拉电阻，这样I2C总线的状态无法确定，所以我们还需要使能GPIO内部的上拉电阻。注意这个步骤需要放在I2C初始化之后，因为在I2C初始化的时候，会重新设置GPIO状态和参数。直接在I2C定义中的sda=machine.Pin('PB15', pull=Pin.PULL_UP)加入上拉电阻定义也是不能工作的，因为在设置I2C时会忽略这个参数。在I2C定义后，再加入下面的定义，I2C就可以正常工作了，如果这时使用i2c.scan()函数，就可以搜索到4个设备。

1. sda=machine.Pin('PB15', Pin.OPEN_DRAIN, pull=Pin.PULL_UP)
   
2. scl=machine.Pin('PB13', Pin.OPEN_DRAIN, pull=Pin.PULL_UP)

复制代码

传感器寄存器

ST公司为SensorTile kit提供了多个例程，例程中包含了传感器的底层驱动函数。如果使用C++编程，可以使用这些驱动函数。而我们要使用micropython进行编程，所以无法直接使用ST的底层函数，需要自己对寄存器进行操作（其实ST的底层驱动函数也是对这些寄存器进行操作，只是它已经封装好了，不用再看寄存器说明了）。为了使用LPS22HB，需要对传感器的寄存器有初步的了解。



上图是LPS22HB的寄存器列表，它的寄存器不是太多，除去保留的寄存器（Reserved）外，一共大约有二十几个。每个寄存器都有一个地址，寄存器输出是8位的，大部分寄存器可以读写（RW），少量寄存器是只读的（R）。如果按照功能进行划分，传感器的寄存器大致可以分为下面几类：

• 功能设置
• 传感器状态
• 参数输出
  

功能设置寄存器可以设置传感器的工作模式、参数输出频率、参数范围、中断等参数，只有设置了正确的参数后，传感器才能工作。在上电/复位后，我们也需要先设置功能寄存器（初始化），否则传感器是没有输出的，因为默认情况下传感器是处于掉电模式（Power down）。

状态寄存器通常是只读的，可以通过它查询传感器当前的状态或者某种标志位。特别在中断工作模式下，需要通过状态寄存器查询发生的中断。

参数输出就是传感器的输出，如气压、温度等参数。很多参数使用了双字节甚至更多字节，需要读取后在组合起来。
因为寄存器较多，所以我们只介绍主要使用到的传感器，其他传感器大家可以慢慢研究（寄存器说明请见LPS22HB数据手册的第9节：Register description）。

主要寄存器

• 设备识别寄存器：WHO_AM_I (0Fh)
  

可以用来识别芯片的型号。这个寄存器是只读的，输出是 0xB1，也就是十进制的177。

• 控制寄存器：CTRL_REG1 (10h)
  

这是最重要的一个寄存器，主要参数都在这里设置

7	6	5	4	3	2	1	0
0	ODR2	ODR1	ODR0	EN_LPFP	LPFP_CFG	BDU	SIM

ODR代表采样频率，当ODR=0时，传感器进入掉电模式，设置成其它参数时，传感器就按照指定频率开始采样。



EN_LPFP代表使用内部低通滤波器，默认是关闭的。
LPFP_CFG是低通滤波器带宽设置，它需要和EN_LPFP配合使用。
BDU是Block data update的缩小，它代表只有读取输出数据后才更新寄存器
SIM是选择3线/4线SPI方式。

• 气压寄存器
  

气压参数由三个寄存器组成，分别是PRESS_OUT_XL (28h)、PRESS_OUT_L (29h)、PRESS_OUT_H (2Ah)



气压的计算方法是

    气压 ＝ PRESS_OUT_H·PRESS_OUT_L·PRESS_OUT_XL / 4096

就是将三个寄存器的值组合起来，然后除以4096。如果精度要求不高，也可以只取PRESS_OUT_H和PRESS_OUT_L，然后除以16。气压传感器的精度是±0.1hPa，所以保留一位小数就可以了。

如果希望通过气压计算高度，通常是用查表计算。不过因为气压容易受到温度、湿度、风力等多个条件影响，通过气压计算绝对高度的误差较大，所以通常是测量相对高度（高度变化）。

• 温度寄存器
  

温度参数由两个寄存器组成：



温度的计算方法是：

    温度 ＝ TEMP_OUT_H·TEMP_OUT_L / 100

考虑到低于0°时是负数，所以需要将这个参数做为有符号数处理。温度传感器的精度是±1.5℃。

如果没有特殊要求，使用上述几个寄存器就可以实现基本的数据采集功能。如果希望进一步降低功耗、改变模式、使用中断、使用FIFO、使用参考值等功能，还需要进一步研究其它寄存器才行。


下一节将介绍使用MicroPython驱动LPS22HB的方法。

soso

赞速度，楼主辛苦了

wmh522

赞，

dql2016

顶顶更健康

littleshrimp

D大神厉害
硬SPI后来还是没好用吗？

dcexpert

littleshrimp 发表于 2017-2-9 19:25
D大神厉害
硬SPI后来还是没好用吗？

在官方论坛确认了，3线方式的SPI目前不被支持，所以改用软件I2C了，效果也不错。

sexbee

膜拜膜拜，期待很多MICROPYTHON文章

长电科技

牛