飛控開發(fā)基礎-[6] STM32 SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）

ID:716213 · 發(fā)表于 2020-3-26 18:07

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2020-3-26 17:54 上傳

SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）
一、ICM20602簡介

六軸傳感器在當今智能穿戴和定位導航產(chǎn)品中被廣泛應用，而六軸傳感器中做的最好的要屬InvenSense公司的產(chǎn)品了，ICM20602便是其推出的優(yōu)秀六軸傳感器之一。

ICM20602集成3軸加速度計和3軸陀螺儀，其中陀螺儀量程范圍可以選擇+/-250dps，+/-500dps，+/-1000dps和+/-2000dps這四種，而加速度計量程范圍可選擇+/-2g，+/-4g，+/-8g和+/-16g四種。

ICM20602支持高達400KHz的I2C以及高達10MHz的SPI，具有較高的接口兼容性。

ICM20602的實物圖如下所示。

ICM20602的引腳如下圖所示。

二、SPI概述

SPI是指Serial Peripheral Interface的縮寫，即串行外圍設備接口，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的引腳，SPI的4條通信線為：

（1）MISO主入從出接口；

（2）MOSI主出從入接口；

（3）SCLK由主設備產(chǎn)生的時鐘信號；

（4）CS由主設備控制的從設備片選信號。

STM32F103的SPI的時鐘最高可達18MHz，支持DMA。

SPI主從機通信，如下圖所示：

當有多個設備掛載在SPI總線上，其接線圖如下圖所示。

單片機和外圍器件之間進行SPI同步串行數(shù)據(jù)傳輸時，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，低位在前，高位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達到幾Mbp，相比于其它總線，SPI協(xié)議簡單，相對數(shù)據(jù)速率高，但是SPI也有它的缺點，比如沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數(shù)據(jù)。

三、SPI總線協(xié)議

SPI通信需要掌握以下知識：時鐘極性、時鐘相位以及SPI的傳輸時序。

（1）時鐘極性，SPI通過時鐘極性（CPOL）來決定在總線空閑時，同步時鐘（SCLK）信號線的電平是高電平還是低電平。當時鐘極性為0時（CPOL=0），SCLK信號線在空閑時為低電平；當時鐘極性為1時（CPOL=1），SCLK信號線在空閑時為高電平；

（2）時鐘相位，SPI通過時鐘相位（CPHA）用來決定何時進行信號采樣。當時鐘相位為1時（CPHA=1），在SCK信號線的第二個跳變沿進行采樣；這里的跳變沿究竟是上升沿還是下降沿？這取決于時鐘的極性。當時鐘極性為0時，取下降沿；當時鐘極性為1時，取上升沿；如下圖所示：

當時鐘相位為0時（CPHA=0），在SCK信號線的第一個跳變沿進行采樣。跳變沿同樣與時鐘極性有關：當時鐘極性為0時，取上升沿；當時鐘極性為1時，取下降沿；如下圖所示：

四、 SPI寄存器

在本次實驗中使用到的是STM32的硬件SPI，STM32的硬件SPI所涉及的寄存器較多，這里挑選較為重要的來講解。

（1）SPI_CR1：SPI控制寄存器1，如下圖所示：

其中SPE為SPI使能控制位，等于1時使能SPI，等于0時關閉SPI；BR[2:0]為SPI的波特率控制位，BR[2:0]等于000則波特率為fPCLK/2，等于001則波特率為fPCLK/4，等于010則波特率為fPCLK/8，等于011則波特率為fPCLK/16，等于100則波特率為fPCLK/32，等于101則波特率為fPCLK/64，等于110則波特率為fPCLK/128，等于111則波特率為fPCLK/256；MSTR為SPI主從模式選擇位，等于0時為從模式，等于1時為主模式；CPOL為SPI時鐘極性設置位，為0則空閑時鐘為低電平，為1則空閑時鐘為高電平；CPHA為SPI時鐘相位設置位，等于0時，在第一個時鐘跳邊沿開始采集，等于1時，在第2個時鐘跳邊沿開始采集。

（2）SPI_SR：SPI狀態(tài)寄存器，如下圖所示：

其中TXE是發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)位，該位為0時發(fā)送緩沖區(qū)非空，為1時發(fā)送緩沖區(qū)為空；RXNE為接收緩沖區(qū)狀態(tài)位，該位為0時接收緩沖區(qū)為空，該位為1時，接收緩沖區(qū)為非空。

（3）SPI_DR：SPI數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲接收或者發(fā)送的數(shù)據(jù)。SPI_DR的描述如下圖所示：

其中DR[15:0]存放SPI數(shù)據(jù)。

五、六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取實驗

六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取實驗使用STM32的硬件SPI與六軸傳感器ICM20602相連接，串口1即UART1，通過USB轉(zhuǎn)串口模塊連接電腦，把SPI獲取到的六軸數(shù)據(jù)通過串口1傳輸?shù)诫娔X端的串口調(diào)試助手顯示出來。做該實驗的時候需要把視覺模組暫時取下，并且把USB轉(zhuǎn)串口的線接到視覺模組接口處。六軸傳感器ICM20602在無人機頂部的白色RGB彩燈盒里，通過軟排把SPI及供電口接出，如下圖所示。

根據(jù)原理圖，可以看到ICM20602的的SPI接口分別是：PB13、PA5、PA6、PA7，如下圖所示。

串口1的配置可以參考《串口（基礎收發(fā)），配置代碼（通過調(diào)用官方庫）

獲取ICM20602的數(shù)據(jù)代碼編寫的思路如下：

代碼思路

1	管腳配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、使能時鐘； 3、填充結(jié)構(gòu)體； 4、裝載結(jié)構(gòu)體。
2	SPI配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、使能時鐘； 3、填充結(jié)構(gòu)體； 4、裝載結(jié)構(gòu)體； 5、使能SPI。
3	SPI讀寫邏輯	1、讀一個字節(jié)； 2、寫一個字節(jié)。
4	ICM20602驅(qū)動	1、從傳感器讀； 2、從傳感器寫； 3、ICM20602初始化。