STM32开发指南--第三十四章 ADXL345三轴加速度传感器实验

2013年9月30日 22:34
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第三十四章 三轴加速度传感器实验

       自从有了Iphone,各种新技术的普及程度越来越快,人们喜欢的不再是摔不坏的诺基亚,而是用户体验极佳的Iphone。

本章,我们介绍一种当今智能手机普遍具有的传感器:加速度传感器。在手机上,这个功能可以用来:自动切换横竖屏、玩游戏和切歌等。ALIENTEK战舰STM32开发板自带了加速度传感器:ADXL345。本章我们将使用STM32来驱动ADXL345,读取3个方向的重力加速度值,并转换为角度,显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分:

34.1 ADXL345简介

34.2 硬件设计

34.3 软件设计

34.4 下载验证


 

34.1 ADXL345简介

ADXL345是ADI公司的一款3轴、数字输出的加速度传感器。ADXL345是ADI公司推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。该加速度传感器的特点有:

l  分辨率高。最高13位分辨率。

l  量程可变。具有+/-2g,+/-4g,+/-8g,+/-16g可变的测量范围。

l  灵敏度高。最高达3.9mg/LSB,能测量不到1.0°的倾斜角度变化。

l  功耗低。40~145uA的超低功耗,待机模式只有0.1uA。

l  尺寸小。整个IC尺寸只有3mm*5mm*1mm,LGA封装。

ADXL支持标准的I2C或SPI数字接口,自带32级FIFO存储,并且内部有多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性。ADXL345传感器的检测轴如图34.1.1所示:

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图34.1.1 ADXL345的三个检测轴

当ADXL345沿检测轴正向加速时,它对正加速度进行检测。在检测重力时用户需要注意,当检测轴的方向与重力的方向相反时检测到的是正加速度。图33.1.2所示为输出对重力的响应。

 

\


图34.1.2 ADXL345输出对重力的响应

       图34.1.2列出了ADXL345在不同摆放方式时的输出,以便后续分析。接下来我们看看ADXL345的引脚图,如图34.1.3所示:

 

\


图34.1.3 ADXL345引脚图

       ADXL345支持SPI和IIC两种通信方式,为了节省IO口,战舰STM32开发板采用的是IIC方式连接,官方推荐的IIC连接电路如图34.1.4所示:

 

\


图34.1.4 ADXL345 IIC模式连接电路

       从上图可看出,ADXL345的连接十分简单,外围需要的器件也极少(就2个电容),如上连接(SDO/ALT ADDRESS接地),则ADXL345的地址为0X53(不含最低位),如果SDO/ALT ADDRESS接高,那么ADXL345的地址将变为0X1D(不含最低位)。IIC通信的时序我们在之前已经介绍过(第二十七章,IIC实验),这里就不再细说了。

       最后,我们介绍一下ADXL345的初始化步骤。ADXL345的初始化步骤如下:

1) 上电

2) 等待1.1ms

3) 初始化命令序列

4) 结束

其中上电这个动作发生在开发板第一次上电的时候,在上电之后,等待1.1ms左右,就可以开始发送初始化序列了,初始化序列一结束,ADXL345就开始正常工作了。这里的初始化序列,最简单的只需要配置3个寄存器,如表34.1.1所示:

 

步骤

寄存器地址

寄存器名字

寄存器值

功能描述

1

0X31

DATA_FORMAT

0X0B

±16g,13位模式

2

0X2D

POWER_CTL

0X08

测量模式

3

0X2E

INT_ENABLE

0X80

使能DATA_READY中断

 

表34.1.1 ADXL345最简单的初始化命令序列

       发送以上序列给ADXL345以后,ADXL345即开始正常工作。

       ADXL345我们就介绍到这里,详细的介绍,请参考ADXL345的数据手册。

[page]34.2 硬件设计

本实验采用STM32的3个普通IO连接ADXL345,本章实验功能简介:主函数不停的查询ADXL345的转换结果,得到x、y和z三个方向的加速度值(读数值),然后将其转换为与自然系坐标的角度,并将结果在LCD模块上显示出来。DS0来指示程序正在运行,通过按下WK_UP按键,可以进行ADXL345的自动校准(DS1用于提示正在校准)。

所要用到的硬件资源如下:

1)  指示灯DS0、DS1

2)  WK_UP按键

3) TFTLCD模块

4)  ADXL345

    前3个,在之前的实例已经介绍过了,这里我们仅介绍ADXL345与战舰STM32开发板的连接。该接口与MCU的连接原理图如34.2.1所示:

 

\
                  图34.2.1 ADXL345与STM32的连接电路图

从上图可以看出,ADXL345通过三根线与STM32开发板连接,其中IIC总线时和24C02以及RDA5820共用,接在PB10和PB11上面。ADXL345的两个中断输出,这里我们只用了一个,连接在STM32的PF11脚,另外这里的地址线是接3.3V,所以ADXL345的地址是0X1D,转换为0X3A写入,0X3B读取。

  


 

34.3 软件设计

打开上一章的工程,首先在HARDWARE文件夹下新建一个ADXL345的文件夹。然后新建一个adxl345.c和adxl345.h的文件保存在JOYPAD文件夹下,并将这个文件夹加入头文件包含路径。

打开adxl345.c文件,输入如下代码:

#include "adxl345.h"

#include "sys.h"

#include "delay.h"

#include "math.h"  

//初始化ADXL345.

//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败.

u8 ADXL345_Init(void)

{                           

       IIC_Init();                                                       //初始化IIC总线

       if(ADXL345_RD_Reg(DEVICE_ID)==0XE5)    //读取器件ID

       { 

              ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);   

//低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程

              ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);             //数据输出速度为100Hz

              ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);       //链接使能,测量模式

              ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);        //不使用中断        

             ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);

              ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);

              ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);      

              return 0;

       }                  

       return 1;                                                          

}  

//写ADXL345寄存器

//addr:寄存器地址

//val:要写入的值

//返回值:无

void ADXL345_WR_Reg(u8 addr,u8 val)

{

       IIC_Start();                         

       IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);     //发送写器件指令

       IIC_Wait_Ack();      

    IIC_Send_Byte(addr);                      //发送寄存器地址

       IIC_Wait_Ack();                                                                                        

       IIC_Send_Byte(val);                       //发送值                                

       IIC_Wait_Ack();                        

    IIC_Stop();                                        //产生一个停止条件       

}

//读ADXL345寄存器

//addr:寄存器地址

//返回值:读到的值

u8 ADXL345_RD_Reg(u8 addr)        

{

       u8 temp=0;           

       IIC_Start();                         

       IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);  //发送写器件指令

       temp=IIC_Wait_Ack();    

    IIC_Send_Byte(addr);               //发送寄存器地址

       temp=IIC_Wait_Ack();                                                                                             

       IIC_Start();                    //重新启动

       IIC_Send_Byte(ADXL_READ);   //发送读器件指令

       temp=IIC_Wait_Ack();    

    temp=IIC_Read_Byte(0);             //读取一个字节,不继续再读,发送NAK                   

    IIC_Stop();                                 //产生一个停止条件        

       return temp;                         //返回读到的值

//读取ADXL的平均值

//x,y,z:读取10次后取平均值

void ADXL345_RD_Avval(short *x,short *y,short *z)

{

       short tx=0,ty=0,tz=0;       

       u8 i; 

       for(i=0;i<10;i++)

       {

              ADXL345_RD_XYZ(x,y,z);

              delay_ms(10);

              tx+=(short)*x; ty+=(short)*y; tz+=(short)*z;     

       }

       *x=tx/10; *y=ty/10; *z=tz/10;

}

//自动校准

//xval,yval,zval:x,y,z轴的校准值

void ADXL345_AUTO_Adjust(char *xval,char *yval,char *zval)

{

       short tx,ty,tz;

       u8 i;

       short offx=0,offy=0,offz=0;

       ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x00);       //先进入休眠模式.

       delay_ms(100);

       ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);   

//低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程

       ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);             //数据输出速度为100Hz

       ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);       //链接使能,测量模式

       ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);        //不使用中断                                     `             ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);

       ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);

       ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);

       delay_ms(12);

       for(i=0;i<10;i++)

       {

              ADXL345_RD_Avval(&tx,&ty,&tz);

              offx+=tx; offy+=ty; offz+=tz;

       }                

       offx/=10; offy/=10; offz/=10;

       *xval=-offx/4; *yval=-offy/4; *zval=-(offz-256)/4;

      ADXL345_WR_Reg(OFSX,*xval);

       ADXL345_WR_Reg(OFSY,*yval);

       ADXL345_WR_Reg(OFSZ,*zval);     

}

//读取3个轴的数据

//x,y,z:读取到的数据

void ADXL345_RD_XYZ(short *x,short *y,short *z)

{

       u8 buf[6],i;

       IIC_Start();                         

       IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);  //发送写器件指令

       IIC_Wait_Ack();      

    IIC_Send_Byte(0x32);               //发送寄存器地址(数据缓存的起始地址为0X32)

       IIC_Wait_Ack();           

      IIC_Start();                           //重新启动

       IIC_Send_Byte(ADXL_READ);   //发送读器件指令

       IIC_Wait_Ack();

       for(i=0;i<6;i++)

       {

              if(i==5)buf[i]=IIC_Read_Byte(0);       //读取一个字节,不继续再读,发送NACK 

              else buf[i]=IIC_Read_Byte(1);      //读取一个字节,继续读,发送ACK

      }                       

    IIC_Stop();                                        //产生一个停止条件

       *x=(short)(((u16)buf[1]<<8)+buf[0]);            

       *y=(short)(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]);            

       *z=(short)(((u16)buf[5]<<8)+buf[4]);           

}

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