陀螺仪LSM6DSOW开发(3)----FIFO数据读取与配置

嵌入式单片机MCU开发 2024-08-05 1705

嵌入式单片机MCU开发

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描述

概述

本文档旨在详细介绍如何配置和读取LSM6DSOW传感器的FIFO数据。LSM6DSOW是一款高性能的6轴IMU（惯性测量单元），集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪。FIFO（先进先出）缓冲区是LSM6DSOW的重要功能之一，它能够有效地存储传感器数据，减少主机的读取频率，从而降低功耗和提高数据采集效率。

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/BV1Dw4m1r712/

样品申请

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

源码下载

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89592307

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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主要内容

  1. 初始化LSM6DSOW传感器并检查其设备ID
  2. 恢复传感器默认配置并设置必要的参数
  3. 配置FIFO模式和水印阈值
  4. 设置加速度计和陀螺仪的数据速率
  5. 连续读取FIFO中的传感器数据并解析输出

LSM6DSOW支持六种不同的FIFO模式，每种模式适用于不同的应用场景：

  1. Bypass Mode（旁路模式）：
    ○ 在旁路模式下，FIFO不运行，传感器数据直接输出，不存储在FIFO中。该模式常用于实时数据读取。
  2. FIFO Mode（FIFO模式）：
    ○ 在FIFO模式下，数据连续存储到FIFO中，直到FIFO满。当FIFO满时，旧数据将被新数据覆盖。适用于需要连续存储数据供后续处理的情况。
  3. Continuous Mode（连续模式）：
    ○ 在连续模式下，FIFO始终保存最新的数据，当FIFO满时，旧数据被丢弃，新数据继续写入FIFO。适用于需要实时监控最新数据的应用。
  4. Continuous to FIFO Mode（连续到FIFO模式）：
    ○ 开始时处于连续模式，当检测到某个事件时切换到FIFO模式。适用于在特定事件发生后保存数据。
  5. Bypass to Continuous Mode（旁路到连续模式）：
    ○ 开始时处于旁路模式，当检测到某个事件时切换到连续模式。适用于事件发生后开始实时数据监控。
  6. Bypass to FIFO Mode（旁路到FIFO模式）：
    ○ 开始时处于旁路模式，当检测到某个事件时切换到FIFO模式，开始存储数据。适用于事件发生后开始数据记录。

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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。

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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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INT设置

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配置为输入检测模式。

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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。

mems 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);

设置FIFO水印

可编程FIFO阈值可以通过FIFO_CTRL1（07h）和FIFO_CTRL2（08h）寄存器中的WTM8[0]位设置。为了监视FIFO状态，可以读取专用寄存器（FIFO_STATUS1（3Ah），FIFO_STATUS2（3Bh）），以检测FIFO溢出事件、FIFO满状态、FIFO空状态、FIFO水位状态和FIFO中存储的未读样本数。

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LSM6DSOW传感器通过一系列控制寄存器来配置和管理FIFO。通过配置WTM，用户可以灵活地管理传感器数据的批处理。当数据量达到设定的阈值时，主处理器可以一次性读取大量数据，提高数据读取效率，减少频繁的I/O操作。 1 LSB = 1传感器（6字节） + TAG（1字节）写入FIFO

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/* Set FIFO watermark (number of unread sensor data TAG + 6 bytes
   * stored in FIFO) to 10 samples
   */
  lsm6dso_fifo_watermark_set(&dev_ctx, 10);

FIFO_CTRL3寄存器用于选择陀螺仪和加速度计数据在FIFO中的批处理数据速率（BDR）。每个传感器都有独立的控制位，可以设置不同的批处理数据速率，从而控制数据写入FIFO的频率。

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/* Set FIFO batch XL/Gyro ODR to 12.5Hz */
  lsm6dso_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_BATCHED_AT_12Hz5);
  lsm6dso_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_BATCHED_AT_12Hz5);

FIFO_CTRL4寄存器用于配置LSM6DSOW传感器的FIFO模式、时间戳批处理和温度数据批处理速率。该寄存器包含多个字段，每个字段的功能如下所述。
FIFO_MODE[2:0]: FIFO模式选择
● 用于选择FIFO的工作模式。
● 000: Bypass mode（旁路模式），FIFO禁用
● 001: FIFO mode（FIFO模式），FIFO满时停止收集数据
● 010: 保留
● 011: Continuous-to-FIFO mode（连续到FIFO模式），连续模式直到触发器释放，然后进入FIFO模式
● 100: Bypass-to-continuous mode（旁路到连续模式），旁路模式直到触发器释放，然后进入连续模式
● 101: 保留
● 110: Continuous mode（连续模式），FIFO满时新数据覆盖旧数据
● 111: Bypass-to-FIFO mode（旁路到FIFO模式），旁路模式直到触发器释放，然后进入FIFO模式

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/* Set FIFO mode to Stream mode (aka Continuous Mode) */
  lsm6dso_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_STREAM_MODE);

设置中断

COUNTER_BDR_REG1寄存器用于配置批处理数据速率计数器的相关参数。该寄存器允许用户选择数据准备模式、重置内部计数器以及选择批处理事件的触发器。以下是COUNTER_BDR_REG1寄存器的详细描述。
COUNTER_BDR_REG1寄存器位字段
● dataready_pulsed: 启用脉冲数据准备模式
○ 0: 数据准备锁存模式（默认），仅在接口读取后返回0；
○ 1: 数据准备脉冲模式（数据准备脉冲持续时间为75微秒）。

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INT1_CTRL寄存器用于配置INT1引脚的控制信号。该寄存器的每个位可以启用一个信号，当MIPI I3CSM动态地址未分配时，信号可以通过INT1引脚传输。一些位还可以在使用MIPI I3CSM接口时触发IBI（带内中断）。引脚的输出是此处选择的信号与MD1_CFG（5Eh）中的信号的或组合。
INT1_CTRL寄存器字段描述
● DEN_DRDY_flag: 发送DEN_DRDY（DEN标记在传感器数据标志上）到INT1引脚。
● INT1_CNT_BDR: 启用COUNTER_BDR_IA中断在INT1引脚上。
● INT1_FIFO_FULL: 启用FIFO满中断在INT1引脚上。当使用MIPI I3CSM接口时，它还可以用于触发IBI。
● INT1_FIFO_OVR: 启用FIFO溢出中断在INT1引脚上。当使用MIPI I3CSM接口时，它还可以用于触发IBI。
● INT1_FIFO_TH: 启用FIFO阈值中断在INT1引脚上。当使用MIPI I3CSM接口时，它还可以用于触发IBI。
● INT1_BOOT: 启用引导状态在INT1引脚上。
● INT1_DRDY_G: 启用陀螺仪数据准备中断在INT1引脚上。当使用MIPI I3CSM接口时，它还可以用于触发IBI。
● INT1_DRDY_XL: 启用加速度计数据准备中断在INT1引脚上。当使用MIPI I3CSM接口时，它还可以用于触发IBI。

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lsm6dso_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &int1_route);
  int1_route.fifo_th = PROPERTY_ENABLE;
  lsm6dso_pin_int1_route_set(&dev_ctx, int1_route);

获取FIFO数据

FIFO_STATUS寄存器用于监控LSM6DSOW传感器FIFO的状态。它们包括FIFO_STATUS1（3Ah）和FIFO_STATUS2（3Bh），分别用于报告未读数据和FIFO状态信息。

当FIFO中的数据量达到或超过预设的水位线时，FIFO_WTM_IA位将被置为1。这意味着主处理器可以通过读取该位的状态来确定何时需要处理FIFO中的数据。例如，当数据量达到水位线时，触发一次中断，主处理器读取并处理FIFO中的数据，然后继续下一轮数据采集。

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DIFF_FIFO 位于 FIFO_STATUS1 (3Ah) 和 FIFO_STATUS2 (3Bh) 寄存器中，用于指示FIFO中未读传感器数据的数量。它包括两个部分：
● DIFF_FIFO7:07:07:0: 位于 FIFO_STATUS1 寄存器中，表示未读数据的低8位。
● DIFF_FIFO9:89:89:8: 位于 FIFO_STATUS2 寄存器中，表示未读数据的高2位。
DIFF_FIFO字段用于跟踪FIFO中未读的数据量。通过读取DIFF_FIFO，可以确定FIFO中当前存储了多少数据，这对于决定何时读取FIFO中的数据非常重要。该字段的值在数据从FIFO中读取时会自动更新。

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FIFO_DATA_OUT_TAG (78h)寄存器用于标识FIFO中的传感器数据来源。该寄存器包含标识符（TAG），用于指示数据是由哪个传感器生成的，并帮助用户正确地解析FIFO中的数据。
TAG_SENSOR: 标识FIFO中的传感器数据源。根据传感器类型和数据源，该字段值表示具体的传感器数据。详细见下表。
FIFO_DATA_OUT_TAG 寄存器提供了数据标签，用于识别FIFO中存储的数据来源。这对于解析和处理从FIFO中读取的数据非常重要。通过TAG字段，用户可以区分不同传感器的数据，并采取适当的处理措施。

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FIFO_DATA_OUT_X, FIFO_DATA_OUT_Y 和 FIFO_DATA_OUT_Z 寄存器，这些寄存器用于读取LSM6DSOW传感器的FIFO中的X、Y和Z轴数据。每个轴的数据由两个寄存器组成：一个低字节寄存器（_L）和一个高字节寄存器（_H）。
为了从FIFO中读取加速度计或陀螺仪的X、Y、Z轴数据，需要依次读取对应的低字节和高字节寄存器，并将它们组合成一个完整的16位数据。

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/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    uint16_t num = 0;
    uint8_t wmflag = 0;
    lsm6dso_fifo_tag_t reg_tag;
    axis3bit16_t dummy;

        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0))
        {
    /* Read watermark flag */
    lsm6dso_fifo_wtm_flag_get(&dev_ctx, &wmflag);

    if (wmflag > 0) {
      /* Read number of samples in FIFO */
      lsm6dso_fifo_data_level_get(&dev_ctx, &num);

      while (num--) {
        /* Read FIFO tag */
        lsm6dso_fifo_sensor_tag_get(&dev_ctx, ®_tag);

        switch (reg_tag) {
          case LSM6DSO_XL_NC_TAG:
            memset(data_raw_acceleration.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration.u8bit);
            acceleration_mg[0] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[0]);
            acceleration_mg[1] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[1]);
            acceleration_mg[2] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[2]);
            printf("Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
                    acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);
            break;

          case LSM6DSO_GYRO_NC_TAG:
            memset(data_raw_angular_rate.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate.u8bit);
            angular_rate_mdps[0] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[0]);
            angular_rate_mdps[1] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[1]);
            angular_rate_mdps[2] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[2]);
            printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
                    angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);
            break;                

          default:
            /* Flush unused samples */
            memset(dummy.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, dummy.u8bit);
            break;
        }
      }
    }            
        }
    /* USER CODE END WHILE */

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

演示

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