概述

本文將介紹如何通過輪詢（Polling）方式從LSM6DSV16X六軸慣性傳感器中獲取陀螺儀數(shù)據(jù)。輪詢模式是一種常用的傳感器讀取方式，主控MCU定期查詢陀螺儀輸出寄存器，無需依賴中斷機(jī)制即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。該方法適用于對(duì)響應(yīng)時(shí)延要求不高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，便于快速驗(yàn)證陀螺儀功能或進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)試。

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視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1FQojYaE2M/]

樣品申請(qǐng)

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

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/91359685]

硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一個(gè)開發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進(jìn)行申請(qǐng)。

主控為STM32H503CB，陀螺儀為L(zhǎng)SM6DSV16X，磁力計(jì)為L(zhǎng)IS2MDL。

參考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32H503_LSM6DSV16X_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32H503_LSM6DSV16X_LIS2MDL

通信模式

對(duì)于LSM6DSV16X，可以使用SPI或者IIC進(jìn)行通訊。 最小系統(tǒng)圖如下所示。

在CS管腳為1的時(shí)候，為IIC模式

本文使用的板子原理圖如下所示。

管腳定義

IIC通信模式

在使用IIC通訊模式的時(shí)候，SA0是用來控制IIC的地址位的。 對(duì)于IIC的地址，可以通過SDO/SA0引腳修改。

SDO/SA0引腳可以用來修改設(shè)備地址的最低有效位。如果SDO/SA0引腳連接到電源電壓，LSb（最低有效位）為'1'（地址1101011b）；否則，如果SDO/SA0引腳連接到地線，LSb的值為'0'（地址1101010b）。

IIC接口如下所示。 主要使用的管腳為CS、SCL、SDA、SA0。

速率

該模塊支持的速度為普通模式(100k)和快速模式(400k)。

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。

配置時(shí)鐘樹，配置時(shí)鐘為250M。

串口配置

查看原理圖，PB6和PB7設(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口，速率為2000000。

IIC配置

配置IIC為快速模式，速度為400k。

CS和SA0設(shè)置

ICASHE

修改堆棧

串口重定向

打開魔術(shù)棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會(huì)出現(xiàn) identifier "FILE" is undefined報(bào)錯(cuò)。

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

函數(shù)聲明和串口重定向：

/* 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 */

參考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dsv16x-pid/tree/main

初始換管腳

由于需要向LSM6DSV16X_I2C_ADD_L寫入以及為IIC模式。

所以使能CS為高電平，配置為IIC模式。 配置SA0為高電平。

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);    

  lsm6dsv16x_reset_t rst;
  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(dev_ctx.handle);
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);

獲取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0x70。

lsm6dsv16x_device_id_get為獲取函數(shù)。

對(duì)應(yīng)的獲取ID驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Check device ID */
  lsm6dsv16x_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
    printf("LSM6DSV16X_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSV16X_ID,whoamI);
  if (whoamI != LSM6DSV16X_ID)
    while (1);

復(fù)位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器寫入1進(jìn)行復(fù)位。

lsm6dsv16x_reset_set為重置函數(shù)。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Restore default configuration */
  lsm6dsv16x_reset_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_RESTORE_CTRL_REGS);
  do {
    lsm6dsv16x_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst != LSM6DSV16X_READY);

BDU設(shè)置

在很多傳感器中，數(shù)據(jù)通常被存儲(chǔ)在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個(gè)完整的數(shù)據(jù)值。例如，在一個(gè)加速度計(jì)中，MSB和LSB可能共同表示一個(gè)加速度的測(cè)量值。
連續(xù)更新模式（BDU = ‘0’）：在默認(rèn)模式下，輸出寄存器的值會(huì)持續(xù)不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時(shí)候，寄存器中的數(shù)據(jù)可能會(huì)因?yàn)樾碌臏y(cè)量數(shù)據(jù)而更新。這可能導(dǎo)致一個(gè)問題：當(dāng)你讀取MSB時(shí)，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測(cè)量值的一部分，而不是與MSB相對(duì)應(yīng)的值。這樣，你得到的就是一個(gè)“拼湊”的數(shù)據(jù)，它可能無法準(zhǔn)確代表任何實(shí)際的測(cè)量時(shí)刻。
塊數(shù)據(jù)更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：當(dāng)激活BDU功能時(shí)，輸出寄存器中的內(nèi)容不會(huì)在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數(shù)據(jù)（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數(shù)據(jù)就被“鎖定”，直到兩部分都被讀取完畢。這樣可以確保你讀取的MSB和LSB是同一測(cè)量時(shí)刻的數(shù)據(jù)，避免了讀取到代表不同采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)。
簡(jiǎn)而言之，BDU位的作用是確保在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，輸出寄存器的內(nèi)容保持穩(wěn)定，從而避免讀取到拼湊或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這對(duì)于需要高精度和穩(wěn)定性的應(yīng)用尤為重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器寫入1進(jìn)行開啟。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Enable Block Data Update */
  lsm6dsv16x_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設(shè)置量程和速率

速率可以通過CTRL1 (10h)設(shè)置加速度速率和CTRL2 (11h)進(jìn)行設(shè)置角速度速率。

設(shè)置加速度量程可以通過CTRL8 (17h)進(jìn)行設(shè)置。 設(shè)置角速度量程可以通過CTRL6 (15h)進(jìn)行設(shè)置。

設(shè)置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函數(shù)。

/* Set Output Data Rate.
   * Selected data rate have to be equal or greater with respect
   * with MLC data rate.
   */
  lsm6dsv16x_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_7Hz5);
  lsm6dsv16x_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_15Hz);
  /* Set full scale */
  lsm6dsv16x_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2g);
  lsm6dsv16x_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2000dps);

配置過濾鏈

/* Configure filtering chain */
  filt_settling_mask.drdy = PROPERTY_ENABLE;
  filt_settling_mask.irq_xl = PROPERTY_ENABLE;
  filt_settling_mask.irq_g = PROPERTY_ENABLE;
  lsm6dsv16x_filt_settling_mask_set(&dev_ctx, filt_settling_mask);
  lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_GY_ULTRA_LIGHT);
  lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_XL_STRONG);

輪詢讀取數(shù)據(jù)

進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)，不斷檢查是否有新的數(shù)據(jù)（加速度、角速率、溫度）可用。 對(duì)于每種類型的數(shù)據(jù)（加速度、角速率、溫度），如果有新數(shù)據(jù)，就讀取原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的單位（毫克、毫度每秒、攝氏度），并通過串行輸出打印。

對(duì)于數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，可以訪問STATUS_REG (1Eh)進(jìn)行判斷。

/* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dsv16x_flag_data_ready_get(&dev_ctx, &drdy);

對(duì)于加速度數(shù)據(jù)，可以通過28-2D進(jìn)行獲取。

加速度數(shù)據(jù)首先以原始格式（通常是整數(shù)）讀取，然后需要轉(zhuǎn)換為更有意義的單位，如毫重力（mg）。這里的轉(zhuǎn)換函數(shù) lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg() 根據(jù)加速度計(jì)的量程（這里假設(shè)為±2g）將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為毫重力單位。

acceleration_mg[0] = lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]); 等三行代碼分別轉(zhuǎn)換 X、Y、Z 軸的加速度數(shù)據(jù)。

● LSM6DSV16X 加速度計(jì)通常會(huì)有一個(gè)固定的位分辨率，比如 16 位（即輸出值是一個(gè) 16 位的整數(shù)）。這意味著加速度計(jì)可以輸出的不同值的總數(shù)是 2^16=65536。這些值均勻地分布在 -2g 到 +2g 的范圍內(nèi)。

● 因此，這個(gè)范圍（4g 或者 4000 mg）被分成了 65536 個(gè)步長(zhǎng)。

● 每個(gè)步長(zhǎng)的大小是 4000 mg/65536≈0.061 mg/LSB

所以，函數(shù)中的乘法 ((float_t)lsb) * 0.061f 是將原始的整數(shù)值轉(zhuǎn)換為以毫重力（mg）為單位的加速度值。這個(gè)轉(zhuǎn)換對(duì)于將加速度計(jì)的原始讀數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理測(cè)量值是必需的。

if (drdy.drdy_xl) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dsv16x_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dsv16x_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]);
    }

對(duì)于角速度數(shù)據(jù)，可以通過22-2D進(jìn)行獲取。

在 LSM6DSV16X 傳感器中，函數(shù) lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(int16_t lsb) 用于將原始的傳感器數(shù)據(jù)（以最小可分辨位（Least Significant Bit，簡(jiǎn)稱 LSB）為單位）轉(zhuǎn)換為以毫度每秒（mdps）為單位的角速度值。這里的 70.0f 是一個(gè)轉(zhuǎn)換因子，用于從原始數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)換到實(shí)際的物理單位。
具體來說，這個(gè)轉(zhuǎn)換因子是基于傳感器的靈敏度或比例因子。對(duì)于 LSM6DSV16X 傳感器，當(dāng)設(shè)置為 ±2000 dps (度每秒) 的滿量程時(shí)，每個(gè) LSB 代表的角速度值為 70 mdps。

/* Read output only if new xl value is available */
    if (drdy.drdy_gy) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dsv16x_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dsv16x_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]);

    }

對(duì)于溫度數(shù)據(jù)，可以通過20-21進(jìn)行獲取。

if (drdy.drdy_temp) {
      /* Read temperature data */
      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
      lsm6dsv16x_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
      temperature_degC = lsm6dsv16x_from_lsb_to_celsius(
                           data_raw_temperature);
            printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

    }

審核編輯 黃宇