飛控開發基礎-[8] STM32 I2C（激光測距）

ID:716213 · 發表于 2020-3-27 10:24

I2C（激光測距）一、VL53L1X簡介

VL53L1X屬于STMicroelectronics即常說的意法半導體（ST）公司推出的FlightSense™ 產品系列ToF(Time of flight)激光測距傳感器。

VL53L1X是目前市場上最快的微型ToF傳感器，精確測距能力達4米，測距頻率快至50 Hz。它采用微型、可回流焊封裝，集成了一個單光子雪崩二極管（SPAD）接收陣列、一個940nm不可見激光1類發射器、物理紅外濾波器和光學器件，可在各種環境照明條件下實現最佳測距性能，并提供一系列覆蓋窗口選擇。

由于封裝小巧，因此它很容易集成到設備中。與傳統的紅外傳感器不同，VL53L1X采用ST最新一代ToF技術，無論目標顏色和反射率如何，都可以進行絕對距離測量。還可以對接收陣列上的ROI（感興趣區域）大小進行編程，從而減小傳感器 FoV（視場角）。VL53L1X激光測距傳感器的實物圖如下圖所示。

二、I2C概述

Inter-Integrated Circuit，即內部集成電路接口，縮寫為IIC或I2C。IIC總線是一種由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數據線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來產生I2C總線協議所需要的信號進行數據的傳遞。在總線空閑狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。如下圖所示為單片機與I2C接口的傳感器之間通信示意圖。

三、I2C總線協議

對I2C總線的操作實際就是主從設備之間的讀寫操作。大致可分為以下兩種操作情況：

第一，主設備往從設備中寫數據。數據傳輸格式如下：

第二，主設備從從設備中讀數據。數據傳輸格式如下：

實際上把I2C協議拆分開來它的組成有：起始條件、終止條件、地址段、數據段、響應ACK、非響應NACK。

（1）START和STOP，起始和終止條件都是由主機（master）發起產生。總線在起始條件之后處于忙碌狀態，在停止條件之后又處于空閑狀態。

起始條件：SCL線是高電平時，SDA線從高電平向低電平切換。

停止條件：SCL線是高電平時，SDA線從低電平向高電平切換。

（2）地址段，地址段由7bit地址+讀寫位組成，一個7-bit的地址是從最高位（MSB）開始發送的，這個地址后面會緊跟1-bit（R/W）的操作符，1表示讀操作，0表示寫操作。接下來的一個bit是NACK/ACK，當這個幀中前面8 bit發送完后，接收端的設備獲得SDA控制權，此時接收設備應該在第9個時鐘脈沖之前回復一個ACK（將SDA拉低）以表示接收正常，如果接收設備沒有將SDA拉低，則說明接收設備可能沒有收到數據（如尋址的設備不存在或設備忙）或無法解析收到的消息，如果是這樣，則由master來決定如何處理，比如：停止。

（3）數據段，SDA數據線上的每個字節必須是8位，每次傳輸的字節數量沒有限制。每個字節后必須跟一個響應位（ACK）。首先傳輸的數據是最高位（MSB)，SDA上的數據必須在SCL高電平周期時保持穩定，數據的高低電平翻轉變化發生在SCL低電平時期。

以傳輸Byte：1010 1010 (0xAAh)為例，SDA SCL傳輸時序如下所示：

（4）響應ACK（Acknowledge）和非響應NACK（Not Acknowledge）,

每個字節傳輸必須帶響應位，相關的響應時鐘也由主機產生，在響應的時鐘脈沖期間（第9個時鐘周期），發送端釋放SDA線，接收端把SDA拉低。以上圖傳輸101010101為例，SCL第9位時鐘高電平信號期間，SDA拉低其代表了有ACK響應位。當在SCL第9位時鐘高電平信號期間，SDA仍然保持高電平，這種情況定義為NACK非響應位。這種情況下，主機可以直接產生STOP條件終止以后的傳輸或者繼續重新START開始一個新的傳輸。以下情況會導致出現NACK位：

a、接收機沒有發送機響應的地址，接收端沒有任何ACK發送給發射機；

b、由于接收機正在忙碌處理實時程序導致接無法接收或者發送；

c、傳輸過程中，接收機識別不了發送機的數據或命令；

d、接收機無法接收；

e、主機接收完成讀取數據后，要發送NACK結束告知從機。

以下圖例代表NACK時序：

根據I2C協議分解的各個部分，可得出讀和寫的時序圖，以向某傳感器的地址為0x09的寄存器寫入兩個字節 0x02和0x84為例，如下圖所示為該過程時序圖。

以從某傳感器的地址為0x09的寄存器中讀出兩個字節0x02和0x84為例，該時序圖如下所示。

四、激光測距實驗

激光測距實驗使用STM32的GPIO模擬I2C與激光測距模組VL53L1X相連接，串口1即UART1，通過USB轉串口模塊連接電腦，把I2C獲取到的VL53L1X的距離值（mm為單位）通過串口1傳輸到電腦端的串口調試助手顯示出來。做該實驗的時候需要把視覺模組暫時取下，并且把USB轉串口的線接到視覺模組接口處。激光測距模組VL53L1X在無人機支架底部，杜邦線和SH1.0接口接到主板上的USART3（這里用該接口的GPIO模擬I2C）的接口上，如下圖所示。

根據原理圖，可以看到VL53L1X的I2C接口分別是：PB10、PB11，如下圖所示。

串口1的配置可以參考《串口（基礎收發），配置代碼（通過調用官方庫）。

獲取VL53L1X的測距數據代碼編寫的思路如下：

代碼思路

1	管腳配置	1、定義結構體； 2、使能時鐘； 3、填充結構體； 4、裝載結構體。
2	I2C讀寫邏輯	1、I2C各個時序邏輯； 2、讀一個字節； 3、寫一個字節； 4、讀多個字節； 5、寫多個字節。
4	VL53L1X驅動	1、VL53L1X初始化； 2、測距邏輯實現。

模擬I2C的GPIO初始化代碼如下：

VL53L1X的初始化代碼如下。

圖片94.png (64.52 KB, 下載次數: 40)

下載附件

2020-3-27 10:20 上傳

VL53L1X的測距代碼如下。

每隔5s讀取一次距離，并發送到串口上。代碼如下所示。

這里注意要把串口的發送也配置好，這樣才能把數據發送到電腦。串口1通過USB轉串口模塊接到電腦，保存、編譯、下載代碼，可以看到串口調試助手每隔5s在打印VL53L1X的2個字節的距離數據（mm為單位），數據如下圖所示：

全部資料51hei下載地址：

2.飛控開發基礎-【8】I2C（激光測距）.pdf (1.18 MB, 下載次數: 24)

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

久久久久久久999_99精品久久精品一区二区爱城_成人欧美一区二区三区在线播放_国产精品日本一区二区不卡视频_国产午夜视频_欧美精品在线观看免费

飛控開發基礎-[8] STM32 I2C（激光測距）