STM32控制三軸加速度傳感器實(shí)現(xiàn)分析

1。邏輯結(jié)構(gòu)

初始化各外設(shè)（RCC,GPIO,SPI,NVIC,I2C,LCD）——檢測(cè)MEMS并顯示檢測(cè)狀態(tài)——在死循環(huán)中不斷查詢加速度值并描畫(huà)。

2。硬件原理

與該程序相關(guān)的硬件連接圖：

MEMS連接圖

MEMS引出腳與MCU(左)、IO擴(kuò)展（右下）連接圖

LCD連接圖

LCD引出腳與MCU（左）、IO擴(kuò)展（右上）連接圖

從圖中可以看出，MEMS使用I2C接口SCL和SDA連接MCU；LCD使用SPI3接口連接MCU。兩者的其余引出腳（INT1, 2, TouchScreenXY+-）均連接到IO擴(kuò)展。IO擴(kuò)展部分的原理圖為：

它由兩塊touchScreen控制芯片組成，同樣掛在I2C總線上。該部分的原理還沒(méi)弄清，代碼中怎么控制這兩塊芯片的動(dòng)作，MEMS INT1,2連接擴(kuò)展口的意義何在，是如何作用的，有待進(jìn)一步研究。

MEMS控制原理

在程序動(dòng)作前，需要初始化系統(tǒng)中斷向量表（使用NVIC_SetVectorTable函數(shù)），配置系統(tǒng)時(shí)鐘、使能各外設(shè)時(shí)鐘（SystemInit，RCC_APB2PeriphClockCmd，RCC_APB1PeriphClockCmd）。

1。GPIO

PB6,PB7分別作為SCL和SDA。查找STM32芯片手冊(cè)的AFIO部分，

將PB6,PB7作為SCL和SDA使用不需要進(jìn)行重映射，因此只需初始化其模式、速度。

2。I2C

（1）外設(shè)時(shí)鐘頻率

外設(shè)時(shí)鐘頻率fPCLK1需寫(xiě)入CR2寄存器的最低六位，寫(xiě)入值的單位為MHz。因此，把RCC中PCLK1的頻率值除以1000,000后，放入CR2中。

（2）CCR (clock control register)

該值控制master模式下的I2C時(shí)鐘。

I2C傳輸分為standard mode (fSCL = 100kHz) 和fast mode (fSCL = 400kHz)。fast mode分為 tlow/thigh = 2 和 tlow/thigh = 16/9 兩種。圖示如下。16/9類同。

CCR值的公式為：

standard mode:

Thigh= CCR * TPCLK1

Tlow = CCR * TPCLK1

fast mode:

比例為2：

Thigh = CCR * TPCLK1

Tlow = 2 * CCR * TPCLK1

比例為16/9:

Thigh = 9 * CCR * TPCLK1

Tlow = 16 * CCR * TPCLK1

因此，計(jì)算CCR值的方法為:

standard mode:

CCR = Thigh / TPCLK1 = 0.5 * TSCL / TPCLK1 = fPCLK1 / (2 * fSCL)

(代碼中結(jié)構(gòu)體的變量I2C_ClockSpeed即為fSCL)

fast mode:

比例為2：

CCR = Thigh / TPCLK1 = (1 / 3) * TSCL / TPCLK1 = fPCLK1 / (3 * fSCL)

比例為16/9：

CCR = fPCLK1 / (25 * fSCL)

在CCR中，standard mode下最小值為0x04，fast mode下為0x01。

（3）TRISE寄存器

該值設(shè)定master模式下的最大上升時(shí)間。計(jì)算方法為允許的最大SCL上升時(shí)間除以TPCLK1，所得商值加1。

在I2C bus specification中，standard mode 下最大時(shí)間為1000ns，fast mode下為300ns。

因此，TRISE計(jì)算方法為：

standard mode：

TRISE = 1000 * (10^(-9)) / TPCLK1 + 1 = fPCLK1 + 1

fast mode:

TRISE = 300 * (10^(-9)) / TPCLK1 + 1 = 300 * fPCLK1 / 1000 + 1

3。讀取MEMS中加速度數(shù)據(jù)

實(shí)現(xiàn)過(guò)程按照LIS302DL datasheet中給的時(shí)序

大致步驟為：允許ACK，發(fā)送起始位，發(fā)送外設(shè)寫(xiě)地址，發(fā)送命令數(shù)據(jù)，發(fā)送起始位，發(fā)送外設(shè)讀地址，（收到外設(shè)數(shù)據(jù)），禁用ACK，發(fā)送停止位，允許ACK，從DR寄存器讀數(shù)據(jù)。

發(fā)送和接收命令或地址數(shù)據(jù)的本質(zhì)是讀寫(xiě)DR寄存器。

每步執(zhí)行之后需要檢查SR1和SR2相應(yīng)寄存器的狀態(tài)，確認(rèn)該步執(zhí)行完成后才能進(jìn)行下一步。

對(duì)于外設(shè)讀寫(xiě)地址，LIS302DL datasheet中有說(shuō)明：當(dāng)SDO接地時(shí)，外設(shè)地址SAD為00111010；master要發(fā)送的地址數(shù)據(jù)位SAD+W/R，W/R位，從MEMS讀數(shù)據(jù)時(shí)為1，向MEMS寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)為0。

在發(fā)送外設(shè)寫(xiě)地址后，對(duì)MEMS的操作為：通過(guò)I2C寫(xiě)入MEMS寄存器的地址，（通過(guò)I2C寫(xiě)入對(duì)該寄存器的控制字）。

在發(fā)送外設(shè)讀地址后，對(duì)MEMS的操作為：關(guān)閉ACK，發(fā)送停止位，從DR讀取數(shù)據(jù)。

程序中用到的MEMS寄存器有：0x20 CTRL_REG1，選擇電源模式，選擇加速度檢測(cè)方向

0x27 STATUS_REG，各軸數(shù)據(jù)獲取和溢出狀況

0x29, 2B, 2D OUT_X,Y,Z 各軸輸出數(shù)據(jù)。

剩余問(wèn)題：在I2C驅(qū)動(dòng)中，對(duì)于外設(shè)時(shí)鐘頻率的賦值，匯編代碼中，MCU寄存器中為正確的值，但單步時(shí)發(fā)現(xiàn)，賦值給時(shí)鐘頻率變量的值顯示不正確，無(wú)法賦給正確的值；最后計(jì)算結(jié)果為寄存器中數(shù)據(jù)的計(jì)算，因此是正確的。

若把變量聲明為static，匯編代碼中該變量的存儲(chǔ)位置發(fā)生變化。需要學(xué)習(xí)code, RO data, RW data和ZI data的職能。

中斷

設(shè)定某方向的加速度閾值，當(dāng)傳感器測(cè)量值超過(guò)該閾值時(shí)，傳感器輸出中斷信號(hào)。信號(hào)通過(guò)IO擴(kuò)展芯片的中斷管腳與MCU的GPIO相連，進(jìn)而能在傳感器超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入ISR。

程序初始化時(shí)需要進(jìn)行的與中斷有關(guān)的設(shè)定如下，設(shè)定都是通過(guò)對(duì)寄存器的改寫(xiě)實(shí)現(xiàn)的：

MEMS：

設(shè)定輸出給IO擴(kuò)展芯片管腳的中斷的高/低電平有效

設(shè)定中斷為非鎖存模式。（鎖存模式即中斷信號(hào)需要在讀取某個(gè)寄存器后才能清除）

設(shè)定中斷的方向和閾值。

IO擴(kuò)展芯片：

設(shè)定輸出給MCU IO口的中斷的高/低電平有效，及l(fā)evel/pulse方式

使能全局中斷功能

使能芯片GPIO的中斷功能

使能綁定某些管腳的中斷功能

清除當(dāng)前中斷寄存器各位狀態(tài)

MCU：

配置與IO擴(kuò)展芯片中斷管腳連接的GPIO的參數(shù)

將該GPIO與相應(yīng)EXTI綁定

設(shè)定EXTI相應(yīng)線的使能，上升下降沿觸發(fā)

設(shè)定NVIC優(yōu)先級(jí)和使能

中斷發(fā)生，ISR執(zhí)行完成后需要進(jìn)行的釋放操作如下：

IO擴(kuò)展芯片：

清除GPIO中斷的掛起狀態(tài)

清除GPIO具體管腳中斷的掛起狀態(tài)

清除邊緣檢測(cè)、上升下降沿檢測(cè)狀態(tài)

MCU：

清除相應(yīng)EXTI線上的掛起狀態(tài)