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COCOFLY 教程——疯壳无人机·系列·飞控开发基础【6】SPI（六轴传感器数据获取）

2020-4-7 11:13:52 2179 无人机

`SPI（六轴传感器数据获取）一、ICM20602简介

六轴传感器在当今智能穿戴和定位导航产品中被广泛应用，而六轴传感器中做的最好的要属InvenSense公司的产品了，ICM20602便是其推出的优秀六轴传感器之一。

ICM20602集成3轴加速度计和3轴陀螺仪，其中陀螺仪量程范围可以选择+/-250dps，+/-500dps，+/-1000dps和+/-2000dps这四种，而加速度计量程范围可选择+/-2g，+/-4g，+/-8g和+/-16g四种。

ICM20602支持高达400KHz的I2C以及高达10MHz的SPI，具有较高的接口兼容性。

ICM20602的实物图如下所示。

ICM20602的引脚如下图所示。

二、SPI概述

SPI是指Serial Peripheral Interface的缩写，即串行外围设备接口，是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的引脚，SPI的4条通信线为：

（1）MISO主入从出接口；

（2）MOSI主出从入接口；

（3）SCLK由主设备产生的时钟信号；

（4）CS由主设备控制的从设备片选信号。

STM32F103的SPI的时钟最高可达18MHz，支持DMA。

SPI主从机通信，如下图所示：

当有多个设备挂载在SPI总线上，其接线图如下图所示。

单片机和外围器件之间进行SPI同步串行数据传输时，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，低位在前，高位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbp，相比于其它总线，SPI协议简单，相对数据速率高，但是SPI也有它的缺点，比如没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

三、SPI总线协议

SPI通信需要掌握以下知识：时钟极性、时钟相位以及SPI的传输时序。

（1）时钟极性，SPI通过时钟极性（CPOL）来决定在总线空闲时，同步时钟（SCLK）信号线的电平是高电平还是低电平。当时钟极性为0时（CPOL=0），SCLK信号线在空闲时为低电平；当时钟极性为1时（CPOL=1），SCLK信号线在空闲时为高电平；

（2）时钟相位，SPI通过时钟相位（CPHA）用来决定何时进行信号采样。当时钟相位为1时（CPHA=1），在SCK信号线的第二个跳变沿进行采样；这里的跳变沿究竟是上升沿还是下降沿？这取决于时钟的极性。当时钟极性为0时，取下降沿；当时钟极性为1时，取上升沿；如下图所示：

当时钟相位为0时（CPHA=0），在SCK信号线的第一个跳变沿进行采样。跳变沿同样与时钟极性有关：当时钟极性为0时，取上升沿；当时钟极性为1时，取下降沿；如下图所示：

四、 SPI寄存器

在本次实验中使用到的是STM32的硬件SPI，STM32的硬件SPI所涉及的寄存器较多，这里挑选较为重要的来讲解。

（1）SPI_CR1：SPI控制寄存器1，如下图所示：

其中SPE为SPI使能控制位，等于1时使能SPI，等于0时关闭SPI；BR[2:0]为SPI的波特率控制位，BR[2:0]等于000则波特率为fPCLK/2，等于001则波特率为fPCLK/4，等于010则波特率为fPCLK/8，等于011则波特率为fPCLK/16，等于100则波特率为fPCLK/32，等于101则波特率为fPCLK/64，等于110则波特率为fPCLK/128，等于111则波特率为fPCLK/256；MSTR为SPI主从模式选择位，等于0时为从模式，等于1时为主模式；CPOL为SPI时钟极性设置位，为0则空闲时钟为低电平，为1则空闲时钟为高电平；CPHA为SPI时钟相位设置位，等于0时，在第一个时钟跳边沿开始采集，等于1时，在第2个时钟跳边沿开始采集。

（2）SPI_SR：SPI状态寄存器，如下图所示：

其中TXE是发送缓冲区状态位，该位为0时发送缓冲区非空，为1时发送缓冲区为空；RXNE为接收缓冲区状态位，该位为0时接收缓冲区为空，该位为1时，接收缓冲区为非空。

（3）SPI_DR：SPI数据寄存器，用于存储接收或者发送的数据。SPI_DR的描述如下图所示：

其中DR[15:0]存放SPI数据。

五、六轴传感器数据获取实验

六轴传感器数据获取实验使用STM32的硬件SPI与六轴传感器ICM20602相连接，串口1即UART1，通过USB转串口模块连接电脑，把SPI获取到的六轴数据通过串口1传输到电脑端的串口调试助手显示出来。做该实验的时候需要把视觉模组暂时取下，并且把USB转串口的线接到视觉模组接口处。六轴传感器ICM20602在无人机顶部的白色RGB彩灯盒里，通过软排把SPI及供电口接出，如下图所示。

根据原理图，可以看到ICM20602的的SPI接口分别是：PB13、PA5、PA6、PA7，如下图所示。

串口1的配置可以参考《串口（基础收发），配置代码（通过调用官方库）

获取ICM20602的数据代码编写的思路如下：

代码思路

1	管脚配置	1、定义结构体； 2、使能时钟； 3、填充结构体； 4、装载结构体。
2	SPI配置	1、定义结构体； 2、使能时钟； 3、填充结构体； 4、装载结构体； 5、使能SPI。
3	SPI读写逻辑	1、读一个字节； 2、写一个字节。
4	ICM20602驱动	1、从传感器读； 2、从传感器写； 3、ICM20602初始化。