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【飞控开发基础教程6】开源编队无人机-SPI(六轴传感器数据获取)
Jack007x
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发表于2022-08-18 16:42:34 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

COCOFLY教程

——疯壳·无人机·系列

SPI(六轴传感器数据获取)

   

   


   

   图1

   

   

   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。

   

    

   图2

   ICM20602 的引脚如下图所示。

   

    

   图3

   

   

   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:

   

    

   图4

   当有多个设备挂载在 SPI 总线上,其接线图如下图所示。

   

   

   图5

   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:

   

 

图6

   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:

   

    

   图7

   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:

   

   

   图8

   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:

   

    

   图9

   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:

   

   

   图10

   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。

   

    

   图11

   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。

   

   

   图12

   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

   

   

   表1

   SPI 初始化代码如下:

   

    

   图13

   SPI 的读写代码如下。

   

  

   图14

   ICM20602 的初始化代码如下。

   

   

   图15

   ICM20602 的读写代码如下。

   

    

   图16

   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。

   

  

  

   图17

   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:

   

    

   图18

   

   

  部分图片无法上传,有兴趣的伙伴请点击下载下方的原文件查看  

   

   文件下载请点击:【6】SPI(六轴传感器数据获取).pdf 

   



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