加速度计AIS2IHTR开发.1--轮询获取加速度数据

概述

AIS2IH 是一款超低功耗三轴线性加速度计，它利用了微机械加速度计生产中已采用的稳健成熟的制造工艺，旨在解决非安全汽车应用问题。
AIS2IH 具有用户可选的 ±2g/±4g/±8g/±16g 满量程，能够测量加速度，输出数据速率从 1.6 Hz 到 1600 Hz。
AIS2IH 具有集成的 32 级先进先出 (FIFO) 缓冲区，允许用户存储数据，以限制主机处理器的干预。
该设备为应用提供了广泛的灵活性，因为它能够随时从超低功耗模式切换到高分辨率、高性能模式。
内置的自检功能允许用户在最终应用中检查传感器的功能。
AIS2IH 具有专用的内部引擎，用于处理运动和加速度检测，包括自由落体、唤醒、高度可配置的单/双击识别、6D/4D 方向以及活动/非活动。
AIS2IH 采用小型薄塑料 LGA 封装，并保证可在 -40 °C 至 +115 °C 的宽温度范围内工作。

需要样片的可以加群申请：925643491 / 615061293 。
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视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV1esTR6FEN1/

样品申请

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

源码下载

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/93095848

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542CC_AIS2IH

https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542CC_AIS2IH

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32C542CC,加速度计为AIS2IH
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通信模式

对于AIS2IH，可以使用SPI或者IIC进行通讯。
最小系统图如下所示。

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在CS管脚为1的时候，为IIC模式

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本文使用的板子原理图如下所示。

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管脚定义

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IIC通信模式

在使用IIC通讯模式的时候，SA0是用来控制IIC的地址位的。
对于IIC的地址，可以通过SDO/SA0引脚修改。SDO/SA0引脚可以用来修改设备地址的最低有效位。如果SDO/SA0引脚连接到电源电压，LSb（最低有效位）为’1’（地址0011001b）；否则，如果SDO/SA0引脚连接到地线，LSb的值为’0’（地址0011000b）。

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对应的IIC接口如下所示。
主要使用的管脚为CS、SCL、SDA、SA0。

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速率

该模块支持的速度为普通模式(100k)到快速模式+(3.4M)。

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生成STM32CUBEMX2

用STM32CUBEMX2生成例程，这里使用MCU为STM32C542CCT6。

  1. 打开 STM32CubeMX2 后，进入 Home 首页
  2. 点击 MCU，基于具体芯片型号创建工程

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在 MCU name 中输入 STM32C542CCT6，选择对应的 STM32C5 芯片型号后，点击 Continue 进入下一步工程配置。

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填写工程名称和保存路径后，点击 “Automatically Download, Install & Create Project”，STM32CubeMX2 会自动下载所需软件包并创建工程。

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STM32CubeMX2 提示 Project Successfully Created 后，点击右下角 “Launch Project” 进入工程配置界面。

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时钟树配置

  1. 点击左侧外设配置入口，进入 Peripherals 配置界面
  2. 在 System 分类下选择 RCC，用于配置系统时钟源
  3. HSE Source 选择 Crystal/ceramic resonator，启用外部高速晶振
  4. LSE Source 选择 Crystal/ceramic resonator，启用外部低速晶振

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  1. 点击左侧 Clock 图标，进入时钟树配置界面
  2. HSE OSC：设置外部高速晶振频率，这里配置为 24 MHz
  3. PSI Mux / PLL：选择并配置 PLL 时钟源，用于倍频生成系统主频
  4. System Mux：选择系统时钟来源，当前系统主频配置为 144 MHz

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DEBUG配置

在 Peripherals 中选择 Cortex → DEBUG，将 Mode 配置为 Single-wire trace asynchronous，用于后续程序下载、在线调试和 Trace 调试功能。

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串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

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  1. 在左侧 Peripherals 中选择 Connectivity → USART1
  2. Mode 选择 Async，表示配置为异步串口模式
  3. Function used by the component 显示为 UART，说明 USART1 在异步模式下使用 UART HAL 驱动
  4. 串口参数配置为：115200 波特率、8 位数据位、无校验、1 位停止位、收发模式

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  1. GPIO Tx：USART1_TX 选择 PA9
  2. GPIO Rx：USART1_RX 选择 PA10
  3. PA9 / PA10 均配置为 Alternate 复用功能模式
  4. Pull 选择 No pull-up and no pull-down，Output type 选择 Push pull，Speed 选择 Low

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IIC配置

这里传感器IIC接入到开发板的PB6和PB7。
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首先在 STM32CubeMX2 中进入 Peripherals 外设配置页面，在 Connectivity 分类中选择 I2C1，并将 I2C1 外设使能。
如图所示，本实验的 I2C1 配置步骤如下：

  1. 点击左侧 Peripherals 外设配置入口
  2. 在 Connectivity 分类中选择 I2C1
  3. 将 I2C1 Mode 设置为 I2C，并确认 I2C1 显示为 Active
  4. Speed frequency 设置为 Fast mode - 400 kHz
  5. 确认 I2C1 的 GPIO 引脚映射，SCL 为 PB6，SDA 为 PB7

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CS和SA0设置

确认 AIS2IH 的 I2C 模式选择和地址选择：
CS 需要处于 I2C 模式对应电平
SA0 需要固定为高电平或低电平
将 PA1 和 PB8 配置为普通 GPIO。

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在 STM32CubeMX2 的 Pinout 页面中，将 PA1 和 PB8 配置为普通 GPIO。
SA0：用于选择 AIS2IH 的 I2C 地址
CS：用于选择 AIS2IH 的通信接口模式
在右侧 Pin signals 中，将对应引脚设置为 GPIO → Configured，表示该引脚将作为普通 GPIO 使用，由用户程序控制输出高低电平。

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进入 System → GPIO 配置页面，可以看到 PA1 和 PB8 已经被加入 GPIO 配置列表。
本实验中将 PB8 作为 CS 控制脚 , 将 PA1 作为 SA0 控制脚 。

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生成项目

  1. 修改配置后，左下角会提示 Click to save，需要先保存当前工程配置
  2. 点击左侧 Project settings，进入工程生成设置页面
  3. 在 IDE Project Generation 中选择工程格式和工具链，本例选择 CMake + GCC，然后点击 Generate IDE project 生成工程

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导入STM32CubeIDE

  1. 打开 STM32CubeIDE，点击菜单栏 File
  2. 选择 Import…，准备导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程

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  1. 在 Import 窗口中展开 Import STM32 Project
  2. 选择 STM32 CMake Project
  3. 点击 Next，进入 CMake 工程路径选择页面

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  1. Project name：填写导入到 STM32CubeIDE 中显示的工程名称
  2. Source directory：选择 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程目录
  3. 点击 Next，继续完成工程导入

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  1. Toolchain：选择 MCU ARM GCC，表示使用 ARM GCC 工具链进行编译
  2. MCU：确认芯片型号为 STM32C542CCTx，与前面 STM32CubeMX2 中选择的 MCU 保持一致
  3. CPU/Core：确认内核为 Cortex-M33，Core 为 0
  4. 点击 Finish，完成 CMake 工程导入

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设置工程编码

  1. 在 Project Explorer 中选中当前工程
  2. 点击菜单栏 Project
  3. 选择 Properties，进入工程属性设置

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  1. 在工程属性中选择 Resource
  2. Text file encoding 选择 Other
  3. 编码格式输入 GBK
  4. 点击 Apply and Close 保存设置

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添加头文件

在 main.c 中添加头文件

#include "mx_usart1.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

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printf 重定向

为了让 printf() 输出到 USART1，需要重写 _write() 函数。GCC 工程中，printf() 底层会调用 _write() 输出字符，因此只需要在 _write() 中调用 HAL_UART_Transmit()，就可以把 printf() 的内容通过串口发送出去。

int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    hal_uart_handle_t *huart1 = mx_usart1_uart_gethandle();

    if (huart1 != NULL)
    {
        HAL_UART_Transmit(huart1, ptr, len, 1000);
    }

    return len;
}

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参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/ais2ih-pid

添加对应驱动程序。

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CMake设置

把 ais2ih_reg.c 加入 CMake 编译 。

target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
  # Add additional source files here
  ais2ih_reg.c
)

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printf 输出浮点数需要额外开启 float printf 支持。
CMake 官方说明 target_link_options() 就是给可执行目标添加 linker options 的命令。

target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME} PUBLIC
  # Add additional linker flags here
  -u _printf_float
)

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头文件设置

添加头文件。

#include "ais2ih_reg.h"

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初始换管脚

由于需要向AIS2IH_I2C_ADD_L写入以及为IIC模式。

在这里插入图片描述
所以使能CS为高电平，配置为IIC模式。
配置SA0为低电平。

	  printf("HELLO\n");
	  HAL_GPIO_WritePin(CS_PORT, CS_PIN, HAL_GPIO_PIN_SET);
	  HAL_GPIO_WritePin(SA0_PORT, SA0_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);

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变量定义。

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
#define    BOOT_TIME            20 //ms

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static int16_t data_raw_acceleration[3];
static float_t acceleration_mg[3];
static uint8_t whoamI, rst;
static uint8_t tx_buffer[1000];

/* Extern variables ----------------------------------------------------------*/

/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*
 *   WARNING:
 *   Functions declare in this section are defined at the end of this file
 *   and are strictly related to the hardware platform used.
 *
 */
static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp,
                              uint16_t len);
static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp,
                             uint16_t len);
static void tx_com( uint8_t *tx_buffer, uint16_t len );
static void platform_delay(uint32_t ms);
static void platform_init(void);

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获取ID

我们可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0x44。
在这里插入图片描述

ais2ih_device_id_get为获取函数。

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对应的获取ID驱动程序,如下所示。

	  /* Initialize mems driver interface */
	  stmdev_ctx_t dev_ctx;
	  dev_ctx.write_reg = platform_write;
	  dev_ctx.read_reg = platform_read;
	  dev_ctx.mdelay = platform_delay;
	  dev_ctx.handle = mx_i2c1_i2c_gethandle();
	  /* Initialize platform specific hardware */
//	  platform_init();
	  /* Wait sensor boot time */
	  platform_delay(BOOT_TIME);
	  /* Check device ID */
	  ais2ih_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
	  printf("AIS2IH_ID=0x%x,id=0x%x\n",AIS2IH_ID,whoamI);
	  if (whoamI != AIS2IH_ID)
	    while (1) {
	      /* manage here device not found */
	    }

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复位操作

可以向CTRL2 (21h)的SOFT_RESET寄存器写入1进行复位。

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ais2ih_reset_set为重置函数。

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对应的驱动程序,如下所示。

  /* Restore default configuration */
  lis2dw12_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lis2dw12_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

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BDU设置

在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。
连续更新模式（BDU = ‘0’）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个“拼凑”的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。
块数据更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被“锁定”，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。
简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。
可以向CTRL2 (21h)的BDU寄存器写入1进行开启。

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对应的驱动程序,如下所示。

	  /* Enable Block Data Update */
	  ais2ih_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

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设置传感器的量程

FS[1:0] - 全量程选择：这两个位用于设置传感器的量程。量程决定了传感器可以测量的最大加速度值。例如，量程可以设置为±2g、±4g、±8g或±16g。这允许用户根据应用的特定需求调整传感器的灵敏度。

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对应的驱动程序,如下所示。

  /* Set full scale */
  //ais2ih_full_scale_set(&dev_ctx, AIS2IH_8g);
  ais2ih_full_scale_set(&dev_ctx, AIS2IH_2g);

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配置过滤器链

ais2ih_filter_path_set(&dev_ctx, AIS2IH_LPF_ON_OUT);：设置加速度计输出的过滤器路径。这里选择了输出上的低通滤波器（LPF），用于去除高频噪声。
ais2ih_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, AIS2IH_ODR_DIV_4);：设置过滤器的带宽。这里的设置是将输出数据率（ODR）除以4，进一步决定了滤波器的截止频率。

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设置输出数据速率

ais2ih_data_rate_set(&dev_ctx, AIS2IH_XL_ODR_25Hz);：设置加速度计的输出数据速率为每秒25次。输出数据速率决定了传感器多久采集一次数据，并影响数据的实时性和功耗。

  /* Set Output Data Rate */
  ais2ih_data_rate_set(&dev_ctx, AIS2IH_XL_ODR_25Hz);

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轮询获取加速度

检查新数据是否可用：
ais2ih_flag_data_ready_get(&dev_ctx, &reg);：这个函数调用检查加速度计是否有新的数据可读。如果有新数据，reg 变量将被设置为非零值。
主要为读取STATUS (27h)的DRDY位。

在这里插入图片描述

如果 reg 是非零的，说明有新的加速度数据可读。
ais2ih_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);：这个函数调用实际读取加速度计的原始数据，并存储在 data_raw_acceleration 数组中。

数据在28h-2Dh中。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

加速度数据首先以原始格式（通常是整数）读取，然后需要转换为更有意义的单位，如毫重力（mg）。这里的转换函数 ais2ih_from_fs2_to_mg() 根据加速度计的量程（这里假设为±2g）将原始数据转换为毫重力单位。
acceleration_mg[0] = ais2ih_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]); 等三行代码分别转换 X、Y、Z 轴的加速度数据。

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● AIS2IH 加速度计通常会有一个固定的位分辨率，比如 16 位（即输出值是一个 16 位的整数）。这意味着加速度计可以输出的不同值的总数是 2^16=65536。这些值均匀地分布在 -2g 到 +2g 的范围内。

    while (1) {

        uint8_t reg;
        /* Read output only if new value is available */
        ais2ih_flag_data_ready_get(&dev_ctx, &reg);

        if (reg) {
          /* Read acceleration data */
          memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
          ais2ih_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
          //acceleration_mg[0] = ais2ih_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
          //acceleration_mg[1] = ais2ih_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
          //acceleration_mg[2] = ais2ih_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
          acceleration_mg[0] = ais2ih_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
          acceleration_mg[1] = ais2ih_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
          acceleration_mg[2] = ais2ih_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
          printf("Acceleration [mg]:%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\r\n",
                  acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);

        }

        HAL_Delay(5);

    }

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演示

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