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標(biāo)題: 【開源教程13】瘋殼·開源編隊無人機(jī)-SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取） [打印本頁]

作者: Linda-x 時間: 2022-8-17 17:20
標(biāo)題: 【開源教程13】瘋殼·開源編隊無人機(jī)-SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）

COCOFLY教程

——瘋殼·無人機(jī)·系列

SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）

圖1

一、ICM20602 簡介
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。

圖2
ICM20602 的引腳如下圖所示。

圖3

二、SPI 概述
SPI 是指 Serial Peripheral Interface 的縮寫，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，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的引腳，SPI 的 4 條通信線為：
（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)生的時鐘信號；
（4）CS 由主設(shè)備控制的從設(shè)備片選信號。
STM32F103 的 SPI 的時鐘最高可達(dá) 18MHz，支持 DMA。SPI 主從機(jī)通信，如下圖所示：

圖4
當(dāng)有多個設(shè)備掛載在 SPI 總線上，其接線圖如下圖所示。

圖5
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，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)傳輸速度總體來說比 I2C 總線要快，速度可達(dá)到幾 Mbp，相比于其它總線，SPI 協(xié)議簡單，相對數(shù)據(jù)速率高，但是 SPI 也有它的缺點(diǎn)，比如沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。

三、SPI 總線協(xié)議
SPI 通信需要掌握以下知識：時鐘極性、時鐘相位以及 SPI 的傳輸時序。

（1）時鐘極性，SPI 通過時鐘極性（CPOL）來決定在總線空閑時，同步時鐘（SCLK）信號線的電平是高電平還是低電平。當(dāng)時鐘極性為 0 時（CPOL=0）， SCLK 信號線在空閑時為低電平；當(dāng)時鐘極性為 1 時（CPOL=1），SCLK 信號線在空閑時為高電平；
（2）時鐘相位，SPI 通過時鐘相位（CPHA）用來決定何時進(jìn)行信號采樣。當(dāng)時鐘相位為 1 時（CPHA=1），在 SCK 信號線的第二個跳變沿進(jìn)行采樣；這里的跳變沿究竟是上升沿還是下降沿？這取決于時鐘的極性。當(dāng)時鐘極性為 0
時，取下降沿；當(dāng)時鐘極性為 1 時，取上升沿；如下圖所示：

圖6
當(dāng)時鐘相位為 0 時（CPHA=0），在 SCK 信號線的第一個跳變沿進(jìn)行采樣。跳變沿同樣與時鐘極性有關(guān)：當(dāng)時鐘極性為 0 時，取上升沿；當(dāng)時鐘極性為 1
時，取下降沿；如下圖所示：

圖7
四、 SPI 寄存器
在本次實(shí)驗中使用到的是 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講解。

（1）SPI_CR1：SPI 控制寄存器 1，如下圖所示：

圖8
其中 SPE 為 SPI 使能控制位，等于 1 時使能 SPI，等于 0 時關(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 時為從模式，等于 1 時為主模式；CPOL 為 SPI 時鐘極性設(shè)置位，為 0 則空閑時鐘為低電平，為 1 則空閑時鐘為高電平；CPHA 為 SPI 時鐘相位設(shè)置位，等于0 時，在第一個時鐘跳邊沿開始采集，等于 1 時，在第 2 個時鐘跳邊沿開始采集。
（2）SPI_SR：SPI 狀態(tài)寄存器，如下圖所示：

圖9
其中 TXE 是發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)位，該位為 0 時發(fā)送緩沖區(qū)非空，為 1 時發(fā)送緩沖區(qū)為空；RXNE 為接收緩沖區(qū)狀態(tài)位，該位為 0 時接收緩沖區(qū)為空，該位為1 時，接收緩沖區(qū)為非空。
（3）SPI_DR：SPI 數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲接收或者發(fā)送的數(shù)據(jù)。SPI_DR 的描述如下圖所示：

圖10
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

六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗使用 STM32 的硬件 SPI 與六軸傳感器 ICM20602 相連接，串口 1 即 UART1，通過 USB 轉(zhuǎn)串口模塊連接電腦，把 SPI 獲取到的六軸數(shù)據(jù)通過串口 1 傳輸?shù)诫娔X端的串口調(diào)試助手顯示出來。做該實(shí)驗的時候需要把視覺模組暫時取下，并且把 USB 轉(zhuǎn)串口的線接到視覺模組接口處。六軸傳感器 ICM20602 在無人機(jī)頂部的白色 RGB 彩燈盒里，通過軟排把 SPI 及供電口接出，如下圖所示。