陀螺仪LSM6DSOW开发(1)----轮询获取陀螺仪数据

嵌入式单片机MCU开发 2024-08-05 1106

嵌入式单片机MCU开发

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描述

概述

本文将介绍如何使用 LSM6DSOW 传感器来读取数据。主要步骤包括初始化传感器接口、验证设备ID、配置传感器的数据输出率和滤波器，以及通过轮询方式持续读取加速度、角速率和温度数据。读取到的数据会被转换为适当的单位并通过串行通信输出。这个代码是一个很好的起点，用于了解如何操作 LSM6DSOW 传感器并获取其数据。

最近在弄ST和瑞萨RA的课程，需要样片的可以加群申请：615061293 。

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视频教学

[https://www.bilibili.com/video/BV1eS421X7J6/]

样品申请

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源码下载

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89590384]

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32H503CB，陀螺仪为LSM6DSOW，磁力计为LIS2MDL。

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LSM6DSOW & LSM6DSO

LSM6DSOW 和 LSM6DSO 是两款惯性测量单元（IMU），都具备三轴数字加速度计和三轴数字陀螺仪功能。它们之间的主要区别如下：

  1. FIFO 容量和数据压缩：
    ○ LSM6DSOW：支持高达 9 KB 的 FIFO，具备动态数据分批和压缩功能，可以实现高效的省电和数据存储。
    ○ LSM6DSO：同样支持 9 KB 的 FIFO，更注重压缩效率，可以实现 2 到 3 倍的数据压缩。
  2. 输出数据速率 (ODR)：
    ○ LSM6DSOW：提供广泛的加速度计和陀螺仪的 ODR 范围，支持高达 6.66 kHz 的值。
    ○ LSM6DSO：也支持高 ODR，但在配置和具体值上略有不同。
  3. 显著运动检测：
    ○ LSM6DSOW：包含显著运动检测功能，主要利用加速度计来实现此功能。
    ○ LSM6DSO：类似地实现显著运动检测，并突出其他功能如计步器、步态检测和倾斜感应。
  4. 有限状态机 (FSM)：
    ○ LSM6DSOW：具有多达 16 个独立的有限状态机，可编程用于各种运动检测任务。
    ○ LSM6DSO：同样包含多达 16 个 FSM，具备类似功能，但更强调与外部传感器的集成。
  5. 功耗和模式：
    ○ LSM6DSOW：设计用于低功耗，具有多种工作模式，包括高性能和超低功耗模式。
    ○ LSM6DSO：具有类似的低功耗特性，特定模式适用于 Android 兼容和高效运动跟踪。
  6. 中断和事件检测：
    ○ LSM6DSOW：支持多种事件检测中断，如自由落体、唤醒、6D 定位、单击和双击检测等。
    ○ LSM6DSO：实现了类似的事件检测功能，重点是 Android 兼容和显著运动检测。
    总结来说，尽管两款传感器在核心功能上相似，LSM6DSOW 优化了高级运动检测和省电特性，适用于需要高效数据管理和复杂运动跟踪的应用。LSM6DSO 则强调 Android 兼容性和强大的数据压缩，适合需要多功能传感器集成的移动和物联网应用。 有关详细的规格和功能，可以参考 STMicroelectronics 提供的 LSM6DSOW 和 LSM6DSO 的数据手册和技术说明。

通信模式

对于LSM6DSOW，可以使用SPI或者IIC进行通讯。 最小系统图如下所示。

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在CS管脚为1的时候，为IIC模式。

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本文使用的板子原理图如下所示。

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管脚定义

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IIC通信模式

在在使用IIC通讯模式的时候，SA0是用来控制IIC的地址位的。

对于IIC的地址，可以通过SDO/SA0引脚修改。SDO/SA0引脚可以用来修改设备地址的最低有效位。如果SDO/SA0引脚连接到电源电压，LSb（最低有效位）为'1'（地址1101011b）；否则，如果SDO/SA0引脚连接到地线，LSb的值为'0'（地址1101010b）。

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接口如下所示。 主要使用的管脚为CS、SCL、SDA、SA0。

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速率

该模块支持的速度为普通模式(100k)和快速模式(400k)。

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生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，这里使用MCU为STM32H503CB。 配置时钟树，配置时钟为250M。

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串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

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配置串口，速率为2000000。

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IIC配置

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LSM6DSOW最大IIC通讯速率为400k，配置IIC速度为400k

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CS和SA0设置

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由于还有一个磁力计，需要把该CS也使能。

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ICASHE

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修改堆栈

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串口重定向

打开魔术棒，勾选MicroLIB

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在main.c中，添加头文件，若不添加会出现 identifier "FILE" is undefined报错。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

函数声明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END PFP */

参考驱动程序

[https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dso-pid]

初始化管脚

由于需要向LSM6DSO_I2C_ADD_L写入以及为IIC模式。

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所以使能CS为高电平，配置为IIC模式。 配置SA0为低电平。

printf("HELLO!n");
  HAL_GPIO_WritePin(CS1_GPIO_Port, CS1_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_GPIO_WritePin(CS2_GPIO_Port, CS2_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(100);


  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  /* Initialize mems driver interface */
  dev_ctx.write_reg = platform_write;
  dev_ctx.read_reg = platform_read;
  dev_ctx.mdelay = platform_delay;
  dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
  /* Init test platform */
//  platform_init();
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);

获取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0x6C

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lsm6dso_device_id_get为获取函数。

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对应的获取ID驱动程序,如下所示。

/* Check device ID */
  lsm6dso_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
    printf("LSM6DSO_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSO_ID,whoamI);
  if (whoamI != LSM6DSO_ID)
    while (1);

复位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器写入1进行复位。

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lsm6dso_reset_set为重置函数。

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对应的驱动程序,如下所示。

/* Restore default configuration */
  lsm6dso_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lsm6dso_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

关闭I3C

/* Disable I3C interface */
  lsm6dso_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSO_I3C_DISABLE);

BDU设置

在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。
连续更新模式（BDU = ‘0’）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个“拼凑”的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。
块数据更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被“锁定”，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。
简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器写入1进行开启。

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对应的驱动程序,如下所示。

/* Enable Block Data Update */
  lsm6dso_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

设置量程和速率

速率可以通过CTRL1 (10h)设置加速度速率和CTRL2 (11h)进行设置角速度速率。

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设置加速度量程可以通过CTRL1 (10h)进行设置。

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设置角速度量程可以通过CTRL2 (11h)进行设置。

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设置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函数。

/* Set Output Data Rate */
  lsm6dso_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_ODR_12Hz5);
  lsm6dso_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_ODR_12Hz5);
  /* Set full scale */
  lsm6dso_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2g);
  lsm6dso_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2000dps);

配置滤波器

/* Configure filtering chain(No aux interface)
   * Accelerometer - LPF1 + LPF2 path
   */
  lsm6dso_xl_hp_path_on_out_set(&dev_ctx, LSM6DSO_LP_ODR_DIV_100);
  lsm6dso_xl_filter_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

轮询读取数据

进入一个无限循环，不断检查是否有新的数据（加速度、角速率、温度）可用。
对于每种类型的数据（加速度、角速率、温度），如果有新数据，就读取原始数据，转换为对应的单位（毫克、毫度每秒、摄氏度），并通过串行输出打印。

对于数据是否准备好，可以访问STATUS_REG (1Eh)进行判断。

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/* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

对于加速度数据，可以通过28-2D进行获取。

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加速度数据首先以原始格式（通常是整数）读取，然后需要转换为更有意义的单位，如毫重力（mg）。这里的转换函数 lsm6dso_from_fs2_to_mg() 根据加速度计的量程（这里假设为±2g）将原始数据转换为毫重力单位。

acceleration_mg[0] = lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);等三行代码分别转换 X、Y、Z 轴的加速度数据。

/* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
      printf( "Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);

    }

对于角速度数据，可以通过22-27进行获取。

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lsm6dso_gy_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[2]);
      printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);

    }

对于温度数据，可以通过20-21进行获取。

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lsm6dso_temp_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read temperature data */
      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
      lsm6dso_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
      temperature_degC =
        lsm6dso_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
      printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

    }

主程序

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    uint8_t reg;
    /* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
      printf( "Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);

    }

    lsm6dso_gy_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[2]);
      printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);

    }

    lsm6dso_temp_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read temperature data */
      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
      lsm6dso_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
      temperature_degC =
        lsm6dso_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
      printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

    }        


    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示

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审核编辑 黄宇

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