概述

本文將介紹如何使用 LSM6DSOW 傳感器來讀取數據。主要步驟包括初始化傳感器接口、驗證設備ID、配置傳感器的數據輸出率和濾波器，以及通過輪詢方式持續讀取加速度、角速率和溫度數據。讀取到的數據會被轉換為適當的單位并通過串行通信輸出。這個代碼是一個很好的起點，用于了解如何操作 LSM6DSOW 傳感器并獲取其數據。

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視頻教學

[https://www.bilibili.com/video/BV1eS421X7J6/]

樣品申請

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

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89590384]

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。
主控為STM32H503CB，陀螺儀為LSM6DSOW，磁力計為LIS2MDL。

LSM6DSOW & LSM6DSO

LSM6DSOW 和 LSM6DSO 是兩款慣性測量單元（IMU），都具備三軸數字加速度計和三軸數字陀螺儀功能。它們之間的主要區別如下：

1. FIFO 容量和數據壓縮：
   ○ LSM6DSOW：支持高達 9 KB 的 FIFO，具備動態數據分批和壓縮功能，可以實現高效的省電和數據存儲。
   ○ LSM6DSO：同樣支持 9 KB 的 FIFO，更注重壓縮效率，可以實現 2 到 3 倍的數據壓縮。
2. 輸出數據速率 (ODR)：
   ○ LSM6DSOW：提供廣泛的加速度計和陀螺儀的 ODR 范圍，支持高達 6.66 kHz 的值。
   ○ LSM6DSO：也支持高 ODR，但在配置和具體值上略有不同。
3. 顯著運動檢測：
   ○ LSM6DSOW：包含顯著運動檢測功能，主要利用加速度計來實現此功能。
   ○ LSM6DSO：類似地實現顯著運動檢測，并突出其他功能如計步器、步態檢測和傾斜感應。
4. 有限狀態機 (FSM)：
   ○ LSM6DSOW：具有多達 16 個獨立的有限狀態機，可編程用于各種運動檢測任務。
   ○ LSM6DSO：同樣包含多達 16 個 FSM，具備類似功能，但更強調與外部傳感器的集成。
5. 功耗和模式：
   ○ LSM6DSOW：設計用于低功耗，具有多種工作模式，包括高性能和超低功耗模式。
   ○ LSM6DSO：具有類似的低功耗特性，特定模式適用于 Android 兼容和高效運動跟蹤。
6. 中斷和事件檢測：
   ○ LSM6DSOW：支持多種事件檢測中斷，如自由落體、喚醒、6D 定位、單擊和雙擊檢測等。
   ○ LSM6DSO：實現了類似的事件檢測功能，重點是 Android 兼容和顯著運動檢測。
   總結來說，盡管兩款傳感器在核心功能上相似，LSM6DSOW 優化了高級運動檢測和省電特性，適用于需要高效數據管理和復雜運動跟蹤的應用。LSM6DSO 則強調 Android 兼容性和強大的數據壓縮，適合需要多功能傳感器集成的移動和物聯網應用。 有關詳細的規格和功能，可以參考 STMicroelectronics 提供的 LSM6DSOW 和 LSM6DSO 的數據手冊和技術說明。

通信模式

對于LSM6DSOW，可以使用SPI或者IIC進行通訊。 最小系統圖如下所示。

在CS管腳為1的時候，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

在在使用IIC通訊模式的時候，SA0是用來控制IIC的地址位的。

對于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）。

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。 配置時鐘樹，配置時鐘為250M。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設置為開發板的串口。

配置串口，速率為2000000。

IIC配置

LSM6DSOW最大IIC通訊速率為400k，配置IIC速度為400k

CS和SA0設置

由于還有一個磁力計，需要把該CS也使能。

ICASHE

修改堆棧

串口重定向

打開魔術棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會出現 identifier "FILE" is undefined報錯。

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

函數聲明和串口重定向：

/* 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 */

參考驅動程序

[https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dso-pid]

初始化管腳

由于需要向LSM6DSO_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為低電平。

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);


  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();
  /* 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0x6C

lsm6dso_device_id_get為獲取函數。

對應的獲取ID驅動程序,如下所示。

/* Check device ID */
  lsm6dso_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
    printf("LSM6DSO_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSO_ID,whoamI);
  if (whoamI != LSM6DSO_ID)
    while (1);

復位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器寫入1進行復位。

lsm6dso_reset_set為重置函數。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Restore default configuration */
  lsm6dso_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lsm6dso_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

關閉I3C

/* Disable I3C interface */
  lsm6dso_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSO_I3C_DISABLE);

BDU設置

在很多傳感器中，數據通常被存儲在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個完整的數據值。例如，在一個加速度計中，MSB和LSB可能共同表示一個加速度的測量值。
連續更新模式（BDU = ‘0’）：在默認模式下，輸出寄存器的值會持續不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時候，寄存器中的數據可能會因為新的測量數據而更新。這可能導致一個問題：當你讀取MSB時，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測量值的一部分，而不是與MSB相對應的值。這樣，你得到的就是一個“拼湊”的數據，它可能無法準確代表任何實際的測量時刻。
塊數據更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：當激活BDU功能時，輸出寄存器中的內容不會在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數據（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數據就被“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是同一測量時刻的數據，避免了讀取到代表不同采樣時刻的數據。
簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數據時，輸出寄存器的內容保持穩定，從而避免讀取到拼湊或錯誤的數據。這對于需要高精度和穩定性的應用尤為重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器寫入1進行開啟。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Enable Block Data Update */
  lsm6dso_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設置量程和速率

速率可以通過CTRL1 (10h)設置加速度速率和CTRL2 (11h)進行設置角速度速率。

設置加速度量程可以通過CTRL1 (10h)進行設置。

設置角速度量程可以通過CTRL2 (11h)進行設置。

設置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函數。

/* Set Output Data Rate */
  lsm6dso_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_ODR_12Hz5);
  lsm6dso_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_ODR_12Hz5);
  /* Set full scale */
  lsm6dso_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2g);
  lsm6dso_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2000dps);

配置濾波器

/* Configure filtering chain(No aux interface)
   * Accelerometer - LPF1 + LPF2 path
   */
  lsm6dso_xl_hp_path_on_out_set(&dev_ctx, LSM6DSO_LP_ODR_DIV_100);
  lsm6dso_xl_filter_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

輪詢讀取數據

進入一個無限循環，不斷檢查是否有新的數據（加速度、角速率、溫度）可用。
對于每種類型的數據（加速度、角速率、溫度），如果有新數據，就讀取原始數據，轉換為對應的單位（毫克、毫度每秒、攝氏度），并通過串行輸出打印。

對于數據是否準備好，可以訪問STATUS_REG (1Eh)進行判斷。

/* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

對于加速度數據，可以通過28-2D進行獲取。

加速度數據首先以原始格式（通常是整數）讀取，然后需要轉換為更有意義的單位，如毫重力（mg）。這里的轉換函數 lsm6dso_from_fs2_to_mg() 根據加速度計的量程（這里假設為±2g）將原始數據轉換為毫重力單位。

acceleration_mg[0] = lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);等三行代碼分別轉換 X、Y、Z 軸的加速度數據。

/* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dso_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]);

    }

對于角速度數據，可以通過22-27進行獲取。

lsm6dso_gy_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dso_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]);

    }

對于溫度數據，可以通過20-21進行獲取。

lsm6dso_temp_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read temperature data */
      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
      lsm6dso_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
      temperature_degC =
        lsm6dso_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
      printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

    }

主程序

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    uint8_t reg;
    /* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dso_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]);

    }

    lsm6dso_gy_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dso_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]);

    }

    lsm6dso_temp_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read temperature data */
      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
      lsm6dso_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
      temperature_degC =
        lsm6dso_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
      printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

    }        


    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示

審核編輯 黃宇