【飛控開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)教程6】開(kāi)源編隊(duì)無(wú)人機(jī)-SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）

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——瘋殼·無(wú)人機(jī)·系列

SPI（六軸傳感器數(shù)據(jù)獲取）

   
    圖1


    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。

   
    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(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：

   
    圖4
    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。

   
    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(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：


圖6
    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：

   
    圖7
    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：

   
    圖8
    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：

   
    圖9
    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：

   
    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(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。

   
    圖11
    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。


    圖12
    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

   
    表1
    SPI 初始化代碼如下：

   
    圖13
    SPI 的讀寫(xiě)代碼如下。

  
    圖14
    ICM20602 的初始化代碼如下。

  
    圖15
    ICM20602 的讀寫(xiě)代碼如下。

   
    圖16
    這里注意要把串口的發(fā)送也配置好，這樣才能把數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦。串口 1 通過(guò) USB 轉(zhuǎn)串口模塊接到電腦，獲取 ICM20602 代碼如下。


  
    圖17
    保存、編譯、下載代碼，可以看到 USB 轉(zhuǎn)串口模塊在不斷地打印 ICM20602
    的 X 軸加速度高 8 位，數(shù)據(jù)如下圖所示：

   
    圖18






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