STM32控制三轴加速度传感器实现分析

1。逻辑结构

初始化各外设（RCC,GPIO,SPI,NVIC,I2C,LCD）——检测MEMS并显示检测状态——在死循环中不断查询加速度值并描画。

2。硬件原理

与该程序相关的硬件连接图：

MEMS连接图

MEMS引出脚与MCU(左)、IO扩展（右下）连接图

LCD连接图

LCD引出脚与MCU（左）、IO扩展（右上）连接图

从图中可以看出，MEMS使用I2C接口SCL和SDA连接MCU；LCD使用SPI3接口连接MCU。两者的其余引出脚（INT1, 2, TouchScreenXY+-）均连接到IO扩展。IO扩展部分的原理图为：

它由两块touchScreen控制芯片组成，同样挂在I2C总线上。该部分的原理还没弄清，代码中怎么控制这两块芯片的动作，MEMS INT1,2连接扩展口的意义何在，是如何作用的，有待进一步研究。
 

MEMS控制原理

在程序动作前，需要初始化系统中断向量表（使用NVIC_SetVectorTable函数），配置系统时钟、使能各外设时钟（SystemInit，RCC_APB2PeriphClockCmd，RCC_APB1PeriphClockCmd）。

1。GPIO

PB6,PB7分别作为SCL和SDA。查找STM32芯片手册的AFIO部分，

将PB6,PB7作为SCL和SDA使用不需要进行重映射，因此只需初始化其模式、速度。

2。I2C

（1）外设时钟频率

外设时钟频率fPCLK1需写入CR2寄存器的最低六位，写入值的单位为MHz。因此，把RCC中PCLK1的频率值除以1000,000后，放入CR2中。

（2）CCR (clock control register)

该值控制master模式下的I2C时钟。

I2C传输分为standard mode (fSCL = 100kHz) 和fast mode (fSCL = 400kHz)。fast mode分为 tlow/thigh = 2 和 tlow/thigh = 16/9 两种。图示如下。16/9类同。

CCR值的公式为：

standard mode:

Thigh = CCR * TPCLK1

Tlow = CCR * TPCLK1

fast mode:

比例为2：

Thigh = CCR * TPCLK1

Tlow = 2 * CCR * TPCLK1

比例为16/9:

Thigh = 9 * CCR * TPCLK1

Tlow = 16 * CCR * TPCLK1

因此，计算CCR值的方法为:

standard mode:

CCR = Thigh / TPCLK1 = 0.5 * TSCL / TPCLK1 = fPCLK1 / (2 * fSCL)

(代码中结构体的变量I2C_ClockSpeed即为fSCL)

fast mode:

比例为2：

CCR = Thigh / TPCLK1 = (1 / 3) * TSCL / TPCLK1 = fPCLK1 / (3 * fSCL)

比例为16/9：

CCR = fPCLK1 / (25 * fSCL)

在CCR中，standard mode下最小值为0x04，fast mode下为0x01。

（3）TRISE寄存器

该值设定master模式下的最大上升时间。计算方法为允许的最大SCL上升时间除以TPCLK1，所得商值加1。

在I2C bus specification中，standard mode 下最大时间为1000ns，fast mode下为300ns。

因此，TRISE计算方法为：

standard mode：

TRISE = 1000 * (10^(-9)) / TPCLK1 + 1 = fPCLK1 + 1

fast mode:

TRISE = 300 * (10^(-9)) / TPCLK1 + 1 = 300 * fPCLK1 / 1000 + 1

3。读取MEMS中加速度数据

实现过程按照LIS302DL datasheet中给的时序

大致步骤为：允许ACK，发送起始位，发送外设写地址，发送命令数据，发送起始位，发送外设读地址，（收到外设数据），禁用ACK，发送停止位，允许ACK，从DR寄存器读数据。

发送和接收命令或地址数据的本质是读写DR寄存器。

每步执行之后需要检查SR1和SR2相应寄存器的状态，确认该步执行完成后才能进行下一步。

对于外设读写地址，LIS302DL datasheet中有说明：当SDO接地时，外设地址SAD为00111010；master要发送的地址数据位SAD+W/R，W/R位，从MEMS读数据时为1，向MEMS写数据时为0。

在发送外设写地址后，对MEMS的操作为：通过I2C写入MEMS寄存器的地址，（通过I2C写入对该寄存器的控制字）。

在发送外设读地址后，对MEMS的操作为：关闭ACK，发送停止位，从DR读取数据。

程序中用到的MEMS寄存器有：0x20 CTRL_REG1，选择电源模式，选择加速度检测方向

                                          0x27 STATUS_REG，各轴数据获取和溢出状况

                                          0x29, 2B, 2D OUT_X,Y,Z 各轴输出数据。

剩余问题：在I2C驱动中，对于外设时钟频率的赋值，汇编代码中，MCU寄存器中为正确的值，但单步时发现，赋值给时钟频率变量的值显示不正确，无法赋给正确的值；最后计算结果为寄存器中数据的计算，因此是正确的。

若把变量声明为static，汇编代码中该变量的存储位置发生变化。需要学习code, RO data, RW data和ZI data的职能。
 

中断

设定某方向的加速度阈值，当传感器测量值超过该阈值时，传感器输出中断信号。信号通过IO扩展芯片的中断管脚与MCU的GPIO相连，进而能在传感器超过阈值时，系统进入ISR。

程序初始化时需要进行的与中断有关的设定如下，设定都是通过对寄存器的改写实现的：

MEMS：

设定输出给IO扩展芯片管脚的中断的高/低电平有效

设定中断为非锁存模式。（锁存模式即中断信号需要在读取某个寄存器后才能清除）

设定中断的方向和阈值。

IO扩展芯片：

设定输出给MCU IO口的中断的高/低电平有效，及level/pulse方式

使能全局中断功能

使能芯片GPIO的中断功能

使能绑定某些管脚的中断功能

清除当前中断寄存器各位状态

MCU：

配置与IO扩展芯片中断管脚连接的GPIO的参数

将该GPIO与相应EXTI绑定

设定EXTI相应线的使能，上升下降沿触发

设定NVIC优先级和使能

中断发生，ISR执行完成后需要进行的释放操作如下：

IO扩展芯片：

清除GPIO中断的挂起状态

清除GPIO具体管脚中断的挂起状态

清除边缘检测、上升下降沿检测状态

MCU：

清除相应EXTI线上的挂起状态