網(wǎng)上找到VL53L0X的資料，該芯片為最小的激光測距芯片，低功耗、測量快，包括中文的說明文檔及原廠的API資料（英文），供參考。
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2019-1-21 01:08 上傳
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2019-1-21 01:01 上傳
特點
完全集成的微型模塊
–940nm 激光 vcsel
– vcsel 驅動器 -測距傳感器與先進的嵌入式微控制器
–快速 , 準確的距離范圍
–測量絕對范圍達 2 米
–報告的范圍是獨立的目標反射率
–可在高紅外環(huán)境光水平下運行
–先進的嵌入式光學交叉通話補償 , 簡化覆蓋玻璃選擇眼睛安全
–符合最新標準 iec 60825-1: 2014-第三版的 1 級激光設備集成
–單反射組件
–無需額外的光學元件
–單電源
–用于設備控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?i2c 接口
–xod 演 (重置 ) 和中斷 gpio – 可編程 i2c 地址
應用用戶檢測個人計算機 / 筆記本電腦 /平板電腦和物聯(lián)網(wǎng) (節(jié)能)。機器人 (障礙物檢測 )。
白色物品 (自動水龍頭中的手部檢測、肥皂分配器等一維手勢識別。
激光輔助自動對焦。增強和加速相機自動對焦系統(tǒng)性能 , 特別是在困難場景 (低光照水平、低對比度 ) 或快速移動的視頻模式下。描述 vl53l0x 是新一代飛行時間 (tof) 激光測距模塊 , 安裝在當今市場上最小的封裝中 , 提供與傳統(tǒng)技術不同的目標反射率的精確距離測量。 它可以測量高達 2米的絕對距離 , 在測距性能水平方面樹立了新的標桿 , 為各種新的應用打開了大門。
vl53l0x 集成了領先的 spad 陣列 (單光子雪崩二極管 ), 并嵌入了 st 的第二代fliglsensetm 專利技術。
vl53l0x 的 940nm vcsel 發(fā)射器 (垂直腔表面發(fā)射激光 ) 是人眼完全看不見的 , 再加上內部物理紅外濾光片 , 它可以實現(xiàn)更長的距離 , 更高的免疫力和更好的魯棒性覆蓋玻璃光學交叉交談。
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1.2 系統(tǒng)框圖
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2019-1-21 01:09 上傳
1.3 設備引腳
圖 2 顯示了 vl53l0x 的引腳 (另見圖 22)。
圖 2。vl53l0x 夾出 (底部視圖 )
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2019-1-21 01:10 上傳
引腳功能描述:
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電路原理圖
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2019-1-21 01:11 上傳
注: 外部電源 avdd 上的電容器應盡可能靠近 avddvcsel 和 avssvcsel 模塊引腳。
注: 外部上拉電阻值可在 i2c 總線規(guī)范中找到。 拉拔通常每輛公交車只安裝一次 , 靠近主機。對于 2.8 v 和 400KHz i2c 時鐘的 avdd, 上拉電阻的推薦值為 1.5 k 至 2k 歐姆。
注: 必須始終驅動 xshut 引腳 , 以避免泄漏電流。 如果不知道主機狀態(tài) , 則需要拉。xshut 需要使用硬件待機模式 (沒有 i2c 通信 )。
注: xshut 和 gpio1 拉起建議的值是 10k 歐姆
注: gpio1 如果不使用 , 將保持未連接
2 功能描述
2.1 系統(tǒng)功能描述
圖 4 顯示了系統(tǒng)級功能描述。主機客戶應用程序正在使用 api (應用程序編程接口 ) 控制 vl53l0x 設備。
api 向客戶應用程序公開了一組高級功能 , 允許控制 vl53l0x 固件 (fw), 如初始化 /校準, 測距 startstop, 精度的選擇 , 測距模式的選擇。
api 是一個交鑰匙解決方案 , 它由一組 c 函數(shù)組成 , 可實現(xiàn)最終用戶應用程序的快速開發(fā) , 而不會使直接多寄存器訪問變得復雜。 api 的結構使其可以通過隔離良好的平臺層在任何類型的平臺上進行編譯。 api 包允許用戶充分利用 vl53l0x 功能。
api 的詳細說明可在 vl53l0x api 用戶手冊中找到 (單獨的文檔 , docid029105)。
vl53l0x fw 完全管理硬件 (hw) 寄存器訪問。
第 2.2 節(jié): 固件狀態(tài)機說明詳細說明了固件狀態(tài)機。
2.3.1 spad 和溫度校準
為了優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài) , 必須對參考 spad 進行校準。在初始制造校準過程中 , 只需執(zhí)行一次參考 spad 校準 , 然后校準數(shù)據(jù)就應存儲在主機上。
溫度校準是對兩個參數(shù) (vhv 和相位 cal) 的校準 , 這兩個參數(shù)與溫度有關。 這兩個參數(shù)用于設置設備靈敏度。校準應在初始制造校準過程中進行 , 當溫度變化超過 8°c 時, 必須再次進行校準。
有關 spad 和溫度校準的更多詳細信息 , 請參閱 vl53l0x api 用戶手冊。
2.3.2 測距偏移校準
測距偏移可以用平均偏移來描述 , 這是測量與實際距離的中心。
應在工廠進行偏移校準 , 以獲得最佳性能 (建議在 10cm 時進行 )。偏移校準應考慮到 : 電源電壓和溫度
VL53L0X模塊上方的防護罩玻璃
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2019-1-21 01:12 上傳
2.4 測距操作模式
api 中有 3 種測距模式 :
1. 單測距測距
僅在調用 api 函數(shù)后執(zhí)行一次。系統(tǒng)自動返回到 sw 待機狀態(tài)。
2. 連續(xù)測距。
在調用 api 函數(shù)后 , 以連續(xù)的方式執(zhí)行范圍。測量完成后 , 將立即啟動另一個測量。用戶必須停止范圍才能返回到 sw 待機狀態(tài)。最后一次測量在停止前完成。
3. 定時范圍。
在調用 api 函數(shù)后 , 以連續(xù)的方式執(zhí)行范圍。測量完成后 , 在用戶定義的延遲后啟動另一個測量值。此延遲 (測量期間 ) 可以通過 api 定義。用戶必須停止范圍才能返回到 sw 待機狀態(tài)。如果停止請求是在范圍測量過程中發(fā)出的, 則測量將在停止前完成。如果發(fā)生在測量之間 , 范圍測量將立即停止。
2.5 測距配置文件。
有 4 個不同的范圍配置文件可通過 api 示例代碼。客戶可以根據(jù)其用例性能要求創(chuàng)建自己的測距配置文件。欲了解更多詳情 , 請參閱 vl53l0x api 用戶手冊。
1. 默認模式。
2. 高速。
3. 高精度。
4. 遠距離。
2.6.1 初始化和負載校準數(shù)據(jù)階段。
初始化和校準階段在第一次測距之前或設備重置之后執(zhí)行 , 請參見圖 9。然后 , 用戶可能必須定期重復溫度校準階段 , 具體取決于使用情況。有關校準功能的更多詳細信息 , 請參閱 vl53l0x api 用戶手冊。
2.6.2 測距階段。
測距相位由范圍設置和范圍測量組成。
在測距操作中 , 發(fā)射了多個 vcsel 紅外脈沖 , 然后由目標對象反射回來 , 并被接收陣列檢測到。在 vl53l0x 中使用的光電探測器采用了先進的超快 spad 技術 (單光子雪崩二極管 ), 并受到多項專利的保護。
一個范圍的典型計時預算是 33 毫秒 (初始化 /測距 /內務處理 ), 請參見圖 12, 實際范圍測量采用 23 毫秒 , 參見圖 9。最小范圍測量周期為 8 毫秒。
注: 最小范圍計時預算為 20 毫秒。最大值為 5 秒。計時預算越長 , 精度和測距距離能力就越高
2.6.3 數(shù)字家政服務。
數(shù)字處理 (內部管理 ) 是測距序列內的最后一個操作 , 用于計算、 驗證或拒絕測距測量。
此處理的一部分在內部執(zhí)行 , 而另一部分由 api 在主機上執(zhí)行。
在數(shù)字處理結束時 , 測距距離由 vl53l0x 本身計算。如果無法測量距離 (微弱信號 , 無目標 ...), 則提供相應的錯誤代碼。
在設備本身上執(zhí)行以下功能
信號值檢查 (弱信號 )。
偏移校正。
交叉對話校正 (在蓋板玻璃的情況下 )。
最終測距值計算。
當 api 執(zhí)行以下操作時
返回忽略閾值 rit 檢查 (信號檢查與交叉對話 )。
檢查 (精度條件 )。
最終測距狀態(tài)計算。
如果用戶想要提高測距精度 , 主機可以執(zhí)行一些額外的處理 (不是 api 的一部分 ), 例如滾動平均值、滯后或任何類型的過濾。
2.7 獲取數(shù)據(jù) : 中斷或輪詢。
用戶可以使用輪詢或中斷機制獲取最終數(shù)據(jù)。
輪詢模式 : 用戶必須通過輪詢 api 函數(shù)來檢查正在進行的測量的狀態(tài)。
中斷模式 : 中斷引腳 (gpio1) 在新測量可用時向主機發(fā)送中斷。
這兩種模式的描述可在 vl53l0x api 用戶手冊中找到。
2.8 設備編程和控制。
設備物理控制接口為 i2c, 如第 3 節(jié): 控制接口中所述。 提供了一個軟件層 (api) 來控制設備。 api 在 vl53l0x api 用戶手冊中進行了描述。
2.9 電源序列。
2.9.1 開機和啟動順序。
有兩個選項可用于設備電源啟動 /啟動。
選項 1: 從主機連接和控制 xshut 引腳。
此選項有助于優(yōu)化功耗 , 因為 vl53l0x 可以在不使用時完全關閉電源 , 然后通過主機gpio (使用 xshut 引腳 ) 喚醒。硬件待機模式被定義為 avdd 存在且 xshut 較低的時期。
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2019-1-21 01:20 上傳
tboot 最大為 1.2 毫秒。
選項 2: xshut 引腳不受主機控制 , 并通過上拉電阻與 avdd 捆綁在一起。在 xshut 引腳不受控制的情況下 , 電源啟動序列如圖 11 所示。在這種情況下 , 設備在 fw boot 后自動在 sw 待機狀態(tài)中運行 , 而無需進入 hw 待機狀態(tài)。
圖 11。在不受控制的 xshut 的情況下啟動和引導順序
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tboot 最大為 1.2 毫秒。
2.10 測距順序。
圖 12。測距順序
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2019-1-21 01:21 上傳
ttiming _ budget 是由用戶使用專用 api 功能設置的參數(shù)。默認值為 33 毫秒。
3 控制接口。
此部分指定控制接口。 i2c 接口使用兩個信號 : 串行數(shù)據(jù)線 (sda) 和串行時鐘線 (scl)。連接到總線的每個設備都使用唯一的地址 , 并且存在簡單的主從關系。sda 和 scl 線路都使用位于主機上的上拉電阻連接到正電源電壓。線路只主動低驅動。當線路浮動 , 上拉電阻將線路拉上時 , 就會出現(xiàn)高條件。當沒有傳輸數(shù)據(jù)時 , 兩行都很高。時鐘信號 (scl) 生成由主設備執(zhí)行。主設備啟動數(shù)據(jù)傳輸。 vl53l0x 上的 i2c 總線的最大速度為 400 kbitss, 并使用 0x52 的設備地址。
圖 13。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
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2019-1-21 01:21 上傳
信息以 8 位數(shù)據(jù)包 (字節(jié)) 的形式打包 , 后面總是有一個確認位 , ac 表示為 vl53l0x 確認, am 用于主確認 (主機總線主機 )。內部數(shù)據(jù)是通過在 scl 上升邊緣對 sda 進行采樣而產(chǎn)生的。在 scl 的高周期內 , 外部數(shù)據(jù)必須是穩(wěn)定的。這方面的例外情況是 sda 分別下降或上升時的啟動 (s) 或停止 (p) 條件 , 而 scl 較高。
消息包含一系列字節(jié) , 前面是開始條件 , 后面是停止或重復啟動 (另一個啟動條件 , 但沒有前面的停止條件 ), 然后是另一個消息。 第一個字節(jié)包含設備地址 (0x52), 還指定數(shù)據(jù)方向。 如果最不重要的位較低 (即 0x52), 則消息是對從屬服務器的主寫入。 如果設置了 lsb (即0x53), 則該消息是從奴隸那里讀取的主消息。圖 14。設備地址 : 0x52
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2019-1-21 01:22 上傳
與相機模塊的所有串行接口通信必須從啟動條件開始。 vl53l0x 模塊通過將 sda 線壓低 , 確認收到了有效地址。存儲 read/jab 務位 (地址字節(jié)的 lsb) 的狀態(tài) , 并且可以解釋從 sda 采樣的下一個數(shù)據(jù)字節(jié)。在寫入序列中 , 接收到的第二個字節(jié)提供一個 8 位索引 , 該索引指向內部的一個 8 位寄存器。
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2019-1-21 01:22 上傳
當數(shù)據(jù)由從站接收時 , 它將一點一點地寫入序列 /并行寄存器。在從站接收到每個數(shù)據(jù)字節(jié)后 , 將生成一個確認 , 然后將數(shù)據(jù)存儲在當前索引所尋址的內部寄存器中。
在讀取消息期間 , 以設備地址字節(jié)之后的字節(jié)讀出當前索引所尋址的寄存器的內容。 此寄存器的內容并行加載到串行并行寄存器中 , 并通過 scl 的下降邊緣從設備中時鐘。
圖 16。數(shù)據(jù)格式 (讀)
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2019-1-21 01:23 上傳
在每個字節(jié)的末尾 , 在讀取和寫入消息序列中 , 接收設備 (即寫入的 vl53l0x 和讀取的主機 ) 發(fā)出確認。
消息只能由總線主機在讀取操作過程中讀取完整字節(jié)后終止 , 方法可以是發(fā)出停止條件, 也可以是通過負確認 (即不將 sda 線拉低 )。
該接口還支持自動遞增索引。傳輸?shù)谝粋�數(shù)據(jù)字節(jié)后 , 索引將自動遞增 1。因此 , 主機可以連續(xù)向從站發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié) , 直到從站無法提供確認或主機以停止條件終止寫入通信。 如果使用自動遞增功能 , 則主服務器不必發(fā)送地址索引來附帶數(shù)據(jù)字節(jié)。
圖 17。VL53L0X數(shù)據(jù)格式 (順序寫入 )
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