飛控開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)-[6] STM32 SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲�。�

ID:716213 · 發(fā)表于 2020-3-26 18:07

SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）
一、ICM20602簡(jiǎn)介

六軸傳感器在當(dāng)今智能穿戴和定位導(dǎo)航產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)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(jì)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(jì)量程范圍可選擇+/-2g，+/-4g，+/-8g和+/-16g四種。

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

ICM20602的實(shí)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(xiě)，即串行外圍設(shè)備接口，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線(xiàn)，并且在芯片的管腳上只占用四根線(xiàn)，節(jié)約了芯片的引腳，SPI的4條通信線(xiàn)為：

（1）MISO主入從出接口；

（2）MOSI主出從入接口；

（3）SCLK由主設(shè)備產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)；

（4）CS由主設(shè)備控制的從設(shè)備片選信號(hào)。

STM32F103的SPI的時(shí)鐘最高可達(dá)18MHz，支持DMA。

SPI主從機(jī)通信，如下圖所示：

當(dāng)有多個(gè)設(shè)備掛載在SPI總線(xiàn)上，其接線(xiàn)圖如下圖所示。

單片機(jī)和外圍器件之間進(jìn)行SPI同步串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，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(lái)說(shuō)比I2C總線(xiàn)要快，速度可達(dá)到幾Mbp，相比于其它總線(xiàn)，SPI協(xié)議簡(jiǎn)單，相對(duì)數(shù)據(jù)速率高，但是SPI也有它的缺點(diǎn)，比如沒(méi)有指定的流控制，沒(méi)有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。

三、SPI總線(xiàn)協(xié)議

SPI通信需要掌握以下知識(shí)：時(shí)鐘極性、時(shí)鐘相位以及SPI的傳輸時(shí)序。

（1）時(shí)鐘極性，SPI通過(guò)時(shí)鐘極性（CPOL）來(lái)決定在總線(xiàn)空閑時(shí)，同步時(shí)鐘（SCLK）信號(hào)線(xiàn)的電平是高電平還是低電平。當(dāng)時(shí)鐘極性為0時(shí)（CPOL=0），SCLK信號(hào)線(xiàn)在空閑時(shí)為低電平；當(dāng)時(shí)鐘極性為1時(shí)（CPOL=1），SCLK信號(hào)線(xiàn)在空閑時(shí)為高電平；

（2）時(shí)鐘相位，SPI通過(guò)時(shí)鐘相位（CPHA）用來(lái)決定何時(shí)進(jìn)行信號(hào)采樣。當(dāng)時(shí)鐘相位為1時(shí)（CPHA=1），在SCK信號(hào)線(xiàn)的第二個(gè)跳變沿進(jìn)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(shí)鐘的極性。當(dāng)時(shí)鐘極性為0時(shí)，取下降沿；當(dāng)時(shí)鐘極性為1時(shí)，取上升沿；如下圖所示：

當(dāng)時(shí)鐘相位為0時(shí)（CPHA=0），在SCK信號(hào)線(xiàn)的第一個(gè)跳變沿進(jìn)行采樣。跳變沿同樣與時(shí)鐘極性有關(guān)：當(dāng)時(shí)鐘極性為0時(shí)，取上升沿；當(dāng)時(shí)鐘極性為1時(shí)，取下降沿；如下圖所示：

四、 SPI寄存器

在本次實(shí)驗(yàn)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(lái)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(shí)使能SPI，等于0時(shí)關(guān)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(shí)為從模式，等于1時(shí)為主模式；CPOL為SPI時(shí)鐘極性設(shè)置位，為0則空閑時(shí)鐘為低電平，為1則空閑時(shí)鐘為高電平；CPHA為SPI時(shí)鐘相位設(shè)置位，等于0時(shí)，在第一個(gè)時(shí)鐘跳邊沿開(kāi)始采集，等于1時(shí)，在第2個(gè)時(shí)鐘跳邊沿開(kāi)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(shí)發(fā)送緩沖區(qū)非空，為1時(shí)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(shí)接收緩沖區(qū)為空，該位為1時(shí)，接收緩沖區(qū)為非空。

（3）SPI_DR：SPI數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)

六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)使用STM32的硬件SPI與六軸傳感器ICM20602相連接，串口1即UART1，通過(guò)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(guò)串口1傳輸?shù)诫娔X端的串口調(diào)試助手顯示出來(lái)。做該實(shí)驗(yàn)的時(shí)候需要把視覺(jué)模組暫時(shí)取下，并且把USB轉(zhuǎn)串口的線(xiàn)接到視覺(jué)模組接口處。六軸傳感器ICM20602在無(wú)人機(jī)頂部的白色RGB彩燈盒里，通過(guò)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(chǔ)收發(fā)），配置代碼（通過(guò)調(diào)用官方庫(kù)）

獲取ICM20602的數(shù)據(jù)代碼編寫(xiě)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(shí)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(shí)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(xiě)邏輯	1、讀一個(gè)字節(jié)； 2、寫(xiě)一個(gè)字節(jié)。
4	ICM20602驅(qū)動(dòng)	1、從傳感器讀； 2、從傳感器寫(xiě)； 3、ICM20602初始化。