STM32F103 驱动ADXL345三轴加速度传感器(软件I2C+OLED实时显示)

星河单片机

509人浏览 · 2026-08-03 20:45:50

星河单片机 · 2026-08-03 20:45:50 发布

一、前言

本文完整讲解基于 STM32F103C8T6 + ADXL345 MEMS 三轴加速度传感器 + 0.96 寸 I2C OLED 的整套工程原理、硬件接线、寄存器配置、数据换算与现象分析，采用软件模拟 I2C通信，无需硬件 I2C 外设，新手友好，适合单片机课程教学、姿态检测入门实验。

整套工程实现逻辑：模块姿态 / 振动 / 运动改变 → ADXL345 内部 MEMS 采集加速度 → 软件 I2C 读取三轴原始数据 → 转换为 mg 单位 → OLED 实时打印 X/Y/Z 三轴加速度数值

视频讲解：STM32F103 驱动ADXL345三轴加速度传感器(软件I2C+OLED实时显示)https://www.bilibili.com/video/BV1wjMd6EEDW/?share_source=copy_web&vd_source=91b967b41a17a5686913521545a8c3fb

二、硬件接线说明

2.1 器件引脚对应表

ADXL345 模块引脚	STM32F103 引脚	功能说明
SDA	PA0	软件 I2C 数据线
SCK(SCL)	PA1	软件 I2C 时钟线（SPI 标 SCK，I2C 模式等效 SCL）
CS	3.3V	拉高切换至 I2C 通信模式
SDO/ALT ADDRESS	GND	I2C 从机地址 0x53
VCC	3.3V	传感器供电（严禁直连 5V，无稳压模块仅支持 2~3.6V）
GND	GND	单片机与传感器共地，通信稳定前提

OLED 屏幕引脚	STM32F103 引脚	功能说明
SCL	PB8	OLED 软件 I2C 时钟
SDA	PB9	OLED 软件 I2C 数据
VCC	3.3V	屏幕供电
GND	GND	共地

2.2 关键引脚补充说明

CS 引脚 拉高时 ADXL345 工作在 I2C 模式；若拉低则切换 SPI 通信，本工程全程使用 I2C，必须接 3.3V。
SDO 地址选择引脚

接地：7 位 I2C 地址0x53，写地址0xA6，读地址0xA7（本工程使用）
接 3.3V：7 位地址变为0x1D，代码需要同步修改，否则读不到数据

I2C 上拉电阻 I2C 为开漏总线，标准需要 4.7kΩ 上拉至 3.3V；市面上成品 ADXL345 模块大多自带板载上拉电阻，若出现数据乱跳、通信失败，自行增加上拉电阻排查。
供电要求 芯片额定电压 2.0~3.6V，只有自带稳压、电平转换的 5V 兼容模块才能接 5V，教学实验统一推荐 3.3V 供电避免烧坏传感器。

三、ADXL345 核心工作原理

ADXL345 是数字输出 MEMS 三轴加速度传感器，核心是芯片内部微型机械质量块结构。

3.1 信号转换流程

姿态 / 晃动 / 振动 → 惯性使内部质量块产生微小位移 → 两侧差分电容容量发生变化 → 内部电路放大、滤波、ADC 模数转换 → 输出 X/Y/Z 三轴数字加速度值

可检测两种加速度：

静态加速度（重力）：传感器静止时仅受重力，用于判断倾斜角度、设备姿态；
动态加速度：晃动、撞击、运动产生，可做振动检测、敲击识别。

重点知识点：传感器只采集加速度，无法直接获取位移、速度；仅单次读数不能推算移动距离。

3.2 静止时数值规律

地球恒定存在 1g 重力加速度（1000mg），设备平放静止时：

Z 轴垂直地面：Z≈±1000mg；
X、Y 平行地面：X、Y≈0mg；翻转传感器后坐标轴正负号反转；任意倾斜状态下三轴矢量合加速度约等于 1000mg。

自由落体特殊现象：完全失重状态下 X/Y/Z 三轴读数全部趋近 0mg。

四、软件 I2C 通信与三轴数据读取逻辑

本工程不使用 STM32 硬件 I2C 外设，将 PA0、PA1 配置为开漏输出，通过翻转 GPIO 电平模拟标准 I2C 时序。

4.1 I2C 基础通信时序

单次寄存器读写完整流程：起始信号 → 从机地址 + 读写位 → 寄存器地址 → 读写数据 → 停止信号

起始：SCL 高电平，SDA 由高拉低；
应答 ACK：每传输 8bit 数据，从机拉低 SDA 产生第 9 位应答；
停止：SCL 高电平，SDA 由低拉高；
寄存器读操作：先发写指令指定寄存器，重复起始信号后切换读模式接收数据。

4.2 连续读取 6 字节数据原因

ADXL345 三轴数据寄存器地址连续排布，从0x32开始依次存储 X 低、X 高、Y 低、Y 高、Z 低、Z 高：

寄存器地址	寄存器名	存储内容
0x32	DATAX0	X 轴低字节
0x33	DATAX1	X 轴高字节
0x34	DATAY0	Y 轴低字节
0x35	DATAY1	Y 轴高字节
0x36	DATAZ0	Z 轴低字节
0x37	DATAZ1	Z 轴高字节

一次性连续读取 6 字节，保证 X/Y/Z 三轴数据来自同一采样周期，分开单轴读取会存在采样时间差，姿态数据失真。

4.3 16 位有符号原始值合成规则

数据存储格式：低字节在前，高字节在后，采用二进制补码存储正负加速度，C 语言处理代码：

s16 x = (s16)((X高字节 << 8) | X低字节);
s16 y = (s16)((Y高字节 << 8) | Y低字节);
s16 z = (s16)((Z高字节 << 8) | Z低字节);

五、寄存器初始化配置与单位换算

5.1 关键寄存器配置表

上电初始化严格按照下表配置，开启测量模式后才能读取有效加速度：

寄存器名	地址	写入值	功能作用
DEVID	0x00	只读	校验传感器 ID，正确值 0xE5，通信故障识别依据
POWER_CTL	0x2D	0x00	配置参数前进入待机模式
DATA_FORMAT	0x31	0x0B	开启全分辨率，量程 ±16g
BW_RATE	0x2C	0x0A	正常功耗，传感器输出速率 100Hz
OFSX/OFSY/OFSZ	0x1E~0x20	0x00	三轴硬件偏移寄存器，默认不校准
INT_ENABLE	0x2E	0x00	关闭所有中断，采用轮询读取数据
FIFO_CTL	0x38	0x00	不使用 FIFO 缓存
POWER_CTL	0x2D	0x08	MEASURE 位置 1，传感器启动测量

5.2 原始值转 mg 单位计算

工程配置 ±16g 全分辨率模式，分辨率参数：1 LSB = 3.9mg 换算公式：加速度(mg) = 原始采样值 × 3.9

单片机避免浮点运算，使用整数等效计算：

int mg = raw_value * 39 / 10;

单位说明：文中 mg 代表毫重力加速度，和质量单位毫克无关，换算关系 1000mg = 1g ≈ 9.8m/s²

换算示例：

原始采样值	计算后 mg 数值	等效重力
0	0mg	0g
128	499mg	0.5g
256	998mg	1g
-256	-998mg	-1g

5.3 主程序整体运行流程

系统延时初始化 + OLED 屏幕初始化；
初始化 PA0/PA1 软件 I2C；
读取 DEVID 寄存器校验 ID：
- ID≠0xE5：OLED 打印 Sensor error，1s 后重新检测；
- ID=0xE5：正常进入采样流程；
连续读取 6 字节三轴原始数据；
拼接 16 位有符号原始值，换算 mg；
OLED 刷新三轴加速度数据；
延时 200ms，循环采样。

补充：传感器内部数据刷新 100Hz（10ms 更新一次），程序 200ms 刷新屏幕，显示速度满足实验观察需求。

main.c代码

/*
 * ADXL345 three-axis acceleration teaching demo
 * ADXL345 SDA -> PA0, SCK/SCL -> PA1
 * OLED SCL -> PB8, SDA -> PB9
 */
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "ADXL345.h"

#define ADXL345_REFRESH_MS      200U

static void ADXL345_ShowData(const ADXL345_DataTypeDef *data);
static void ADXL345_ShowError(u8 device_id);
static void OLED_ShowSignedNum(u8 x, u8 y, s32 value, u8 digits, u8 size);
static void OLED_ShowHexByte(u8 x, u8 y, u8 value, u8 size);

int main(void)
{
	ADXL345_DataTypeDef sensor_data;
	u8 sensor_ok;

	delay_init();
	NVIC_Configuration();
	OLED_Init();
	OLED_ColorTurn(0);
	OLED_DisplayTurn(0);

	OLED_Clear();
	OLED_ShowString(36, 0, (u8 *)"ADXL345", 16);
	OLED_ShowString(16, 22, (u8 *)"SDA PA0 SCK PA1", 12);
	OLED_ShowString(25, 42, (u8 *)"Initializing", 12);
	OLED_Refresh();

	sensor_ok = ADXL345_Init();

	while(1)
	{
		if((sensor_ok != 0U) && (ADXL345_ReadAcceleration(&sensor_data) != 0U))
		{
			ADXL345_ShowData(&sensor_data);
			delay_ms(ADXL345_REFRESH_MS);
		}
		else
		{
			ADXL345_ShowError(ADXL345_ReadDeviceID());
			delay_ms(1000);
			sensor_ok = ADXL345_Init();
		}
	}
}

static void ADXL345_ShowData(const ADXL345_DataTypeDef *data)
{
	OLED_Clear();
	OLED_ShowString(16, 0, (u8 *)"ADXL345 +/-16g", 12);

	OLED_ShowString(0, 16, (u8 *)"X:", 12);
	OLED_ShowSignedNum(18, 16, ADXL345_RawToMilliG(data->x), 5U, 12);
	OLED_ShowString(54, 16, (u8 *)" mg", 12);

	OLED_ShowString(0, 32, (u8 *)"Y:", 12);
	OLED_ShowSignedNum(18, 32, ADXL345_RawToMilliG(data->y), 5U, 12);
	OLED_ShowString(54, 32, (u8 *)" mg", 12);

	OLED_ShowString(0, 48, (u8 *)"Z:", 12);
	OLED_ShowSignedNum(18, 48, ADXL345_RawToMilliG(data->z), 5U, 12);
	OLED_ShowString(54, 48, (u8 *)" mg", 12);

	OLED_Refresh();
}

static void ADXL345_ShowError(u8 device_id)
{
	OLED_Clear();
	OLED_ShowString(36, 0, (u8 *)"ADXL345", 16);
	OLED_ShowString(22, 20, (u8 *)"Sensor error", 12);
	OLED_ShowString(10, 36, (u8 *)"SDA PA0 SCK PA1", 12);
	OLED_ShowString(34, 50, (u8 *)"ID:0x", 12);
	OLED_ShowHexByte(64, 50, device_id, 12);
	OLED_Refresh();
}

static void OLED_ShowSignedNum(u8 x, u8 y, s32 value, u8 digits, u8 size)
{
	u32 magnitude;

	if(value < 0)
	{
		OLED_ShowChar(x, y, '-', size);
		magnitude = (u32)(-value);
	}
	else
	{
		OLED_ShowChar(x, y, '+', size);
		magnitude = (u32)value;
	}
	OLED_ShowNum((u8)(x + size / 2U), y, magnitude, digits, size);
}

static void OLED_ShowHexByte(u8 x, u8 y, u8 value, u8 size)
{
	u8 high;
	u8 low;

	high = (u8)((value >> 4) & 0x0FU);
	low = (u8)(value & 0x0FU);
	OLED_ShowChar(x, y, (high < 10U) ? (u8)('0' + high) : (u8)('A' + high - 10U), size);
	OLED_ShowChar((u8)(x + size / 2U), y,
	              (low < 10U) ? (u8)('0' + low) : (u8)('A' + low - 10U), size);
}

ADXL345.c代码

#include "ADXL345.h"
#include "delay.h"

/*
 * ADXL345 软件 I2C 驱动
 *
 * 硬件连接：
 *   ADXL345 SDA     -> STM32F103C8T6 PA0
 *   ADXL345 SCK/SCL -> STM32F103C8T6 PA1
 *
 * PA0 和 PA1 配置成开漏输出，通过软件模拟 I2C 时序。
 * CS 引脚必须接 3.3V 以选择 I2C 模式；ALT ADDRESS/SDO 接地时，
 * ADXL345 的 7 位从机地址为 0x53，对应写地址 0xA6、读地址 0xA7。
 */

/* I2C 从机地址：最低位由读写方向自动补充。 */
#define ADXL345_I2C_ADDRESS      0x53U
#define ADXL345_WRITE_ADDRESS    (ADXL345_I2C_ADDRESS << 1)
#define ADXL345_READ_ADDRESS     ((ADXL345_I2C_ADDRESS << 1) | 0x01U)

/* 本驱动使用的 ADXL345 寄存器地址。 */
#define ADXL345_REG_DEVID        0x00U  /* 器件标识寄存器，固定值为 0xE5 */
#define ADXL345_REG_OFSX         0x1EU  /* X 轴零偏校准寄存器 */
#define ADXL345_REG_OFSY         0x1FU  /* Y 轴零偏校准寄存器 */
#define ADXL345_REG_OFSZ         0x20U  /* Z 轴零偏校准寄存器 */
#define ADXL345_REG_BW_RATE      0x2CU  /* 输出数据速率和低功耗控制寄存器 */
#define ADXL345_REG_POWER_CTL    0x2DU  /* 电源模式和测量模式控制寄存器 */
#define ADXL345_REG_INT_ENABLE   0x2EU  /* 中断使能寄存器 */
#define ADXL345_REG_DATA_FORMAT  0x31U  /* 量程、全分辨率和数据格式寄存器 */
#define ADXL345_REG_DATAX0       0x32U  /* 三轴数据起始地址：DATAX0～DATAZ1 */
#define ADXL345_REG_FIFO_CTL     0x38U  /* FIFO 工作模式控制寄存器 */

/* 软件 I2C 引脚操作：开漏输出写 1 表示释放总线，写 0 表示拉低总线。 */
#define ADXL345_SDA_HIGH()       GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0)
#define ADXL345_SDA_LOW()        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0)
#define ADXL345_SCL_HIGH()       GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1)
#define ADXL345_SCL_LOW()        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1)
#define ADXL345_READ_SDA()       GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)

/* 软件 I2C 底层函数，只在本文件内部使用。 */
static void ADXL345_I2C_Delay(void);
static void ADXL345_I2C_Start(void);
static void ADXL345_I2C_Stop(void);
static void ADXL345_I2C_SendAck(u8 send_ack);
static u8 ADXL345_I2C_SendByte(u8 data);
static u8 ADXL345_I2C_ReadByte(void);
static void ADXL345_I2C_BusRecovery(void);

/*
 * I2C 时序延时。
 * 5us 半周期对应的总线速度低于 100kHz，适合教学和杜邦线连接环境。
 */
static void ADXL345_I2C_Delay(void)
{
	delay_us(5);
}

/*
 * 产生 I2C 起始信号：
 * SCL 为高电平时，SDA 由高电平变为低电平。
 */
static void ADXL345_I2C_Start(void)
{
	ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_SCL_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SDA_LOW();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_I2C_Delay();
}

/*
 * 产生 I2C 停止信号：
 * SCL 为高电平时，SDA 由低电平变为高电平。
 */
static void ADXL345_I2C_Stop(void)
{
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_SDA_LOW();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SCL_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
}

/*
 * 从最高位开始向 I2C 总线发送一个字节，并读取从机应答。
 * 返回值：1 表示收到 ACK，0 表示收到 NACK。
 */
static u8 ADXL345_I2C_SendByte(u8 data)
{
	u8 i;
	u8 acknowledged;

	/* 依次发送 D7～D0，每个时钟周期发送一位。 */
	for(i = 0U; i < 8U; i++)
	{
		ADXL345_SCL_LOW();
		if((data & 0x80U) != 0U)
			ADXL345_SDA_HIGH();
		else
			ADXL345_SDA_LOW();
		ADXL345_I2C_Delay();
		ADXL345_SCL_HIGH();
		ADXL345_I2C_Delay();
		data <<= 1;
	}

	/*
	 * 第 9 个时钟用于读取应答：先释放 SDA，再由 ADXL345 拉低 SDA。
	 * SDA 为低表示 ACK，说明从机已经正确接收当前字节。
	 */
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SCL_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	acknowledged = (ADXL345_READ_SDA() == Bit_RESET) ? 1U : 0U;
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_I2C_Delay();

	return acknowledged;
}

/*
 * 从 I2C 总线读取一个字节，按 D7～D0 的顺序接收。
 * 本函数只负责读取 8 位数据，读完后的 ACK/NACK 由调用者发送。
 */
static u8 ADXL345_I2C_ReadByte(void)
{
	u8 i;
	u8 data;

	data = 0U;
	ADXL345_SDA_HIGH();
	for(i = 0U; i < 8U; i++)
	{
		ADXL345_SCL_LOW();
		ADXL345_I2C_Delay();
		ADXL345_SCL_HIGH();
		ADXL345_I2C_Delay();
		data <<= 1;
		if(ADXL345_READ_SDA() != Bit_RESET)
			data |= 0x01U;
	}
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_I2C_Delay();

	return data;
}

/*
 * 主机向从机发送应答位。
 * send_ack = 1：发送 ACK，表示还要继续读取后续字节；
 * send_ack = 0：发送 NACK，表示当前字节是最后一个字节。
 */
static void ADXL345_I2C_SendAck(u8 send_ack)
{
	ADXL345_SCL_LOW();
	if(send_ack != 0U)
		ADXL345_SDA_LOW();
	else
		ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SCL_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
	ADXL345_SCL_LOW();
	ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_I2C_Delay();
}

/*
 * I2C 总线恢复：释放 SDA 后输出 9 个 SCL 脉冲，再发送停止信号。
 * 如果从机因上次通信被意外中断而一直占用 SDA，该操作可使其退出未完成状态。
 */
static void ADXL345_I2C_BusRecovery(void)
{
	u8 i;

	ADXL345_SDA_HIGH();
	for(i = 0U; i < 9U; i++)
	{
		ADXL345_SCL_LOW();
		ADXL345_I2C_Delay();
		ADXL345_SCL_HIGH();
		ADXL345_I2C_Delay();
	}
	ADXL345_I2C_Stop();
}

/*
 * 向 ADXL345 的指定寄存器写入一个字节。
 * 通信顺序：起始信号 -> 写地址 -> 寄存器地址 -> 数据 -> 停止信号。
 * 任意阶段未收到 ACK 都会立即停止通信并返回 0。
 */
u8 ADXL345_WriteRegister(u8 register_address, u8 data)
{
	ADXL345_I2C_Start();
	if(ADXL345_I2C_SendByte(ADXL345_WRITE_ADDRESS) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}
	if(ADXL345_I2C_SendByte(register_address) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}
	if(ADXL345_I2C_SendByte(data) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}
	ADXL345_I2C_Stop();

	return 1U;
}

/*
 * 从指定起始寄存器连续读取多个字节。
 *
 * 先以写方向发送寄存器地址，再发送重复起始信号并切换到读方向；
 * 除最后一个字节外，每读完一个字节都发送 ACK，最后一个字节发送 NACK。
 */
u8 ADXL345_ReadRegisters(u8 start_address, u8 *data, u8 length)
{
	u8 i;

	if((data == 0) || (length == 0U))
		return 0U;

	ADXL345_I2C_Start();
	if(ADXL345_I2C_SendByte(ADXL345_WRITE_ADDRESS) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}
	if(ADXL345_I2C_SendByte(start_address) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}

	ADXL345_I2C_Start();
	if(ADXL345_I2C_SendByte(ADXL345_READ_ADDRESS) == 0U)
	{
		ADXL345_I2C_Stop();
		return 0U;
	}

	for(i = 0U; i < length; i++)
	{
		data[i] = ADXL345_I2C_ReadByte();
		ADXL345_I2C_SendAck((i < (u8)(length - 1U)) ? 1U : 0U);
	}
	ADXL345_I2C_Stop();

	return 1U;
}

/* 从指定寄存器读取一个字节，是连续读取接口的单字节封装。 */
u8 ADXL345_ReadRegister(u8 register_address, u8 *data)
{
	return ADXL345_ReadRegisters(register_address, data, 1U);
}

/*
 * 读取器件标识寄存器。
 * 正常连接的 ADXL345 应返回 0xE5；通信失败时返回初始值 0x00。
 */
u8 ADXL345_ReadDeviceID(void)
{
	u8 device_id;

	device_id = 0U;
	(void)ADXL345_ReadRegister(ADXL345_REG_DEVID, &device_id);
	return device_id;
}

/*
 * 初始化软件 I2C 引脚和 ADXL345 工作参数。
 *
 * 配置过程：
 * 1. 将 PA0、PA1 配置为 50MHz 开漏输出，并恢复 I2C 总线；
 * 2. 读取 DEVID，确认连接的器件确实是 ADXL345；
 * 3. 进入待机模式后配置全分辨率、±16g 和 100Hz 数据速率；
 * 4. 清零三轴偏移量，关闭本示例未使用的中断和 FIFO；
 * 5. 设置 MEASURE 位，开始连续测量。
 *
 * 返回值：1 表示初始化成功，0 表示器件标识错误或寄存器写入失败。
 */
u8 ADXL345_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef gpio_init_structure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	gpio_init_structure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
	gpio_init_structure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	gpio_init_structure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_structure);
	ADXL345_SDA_HIGH();
	ADXL345_SCL_HIGH();
	delay_ms(5);
	ADXL345_I2C_BusRecovery();

	if(ADXL345_ReadDeviceID() != ADXL345_DEVICE_ID)
		return 0U;

	/* 修改测量参数前先进入待机模式。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_POWER_CTL, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	/* FULL_RES = 1、Range = 11，选择全分辨率和 ±16g 量程。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_DATA_FORMAT, 0x0BU) == 0U)
		return 0U;
	/* LOW_POWER = 0、Rate = 0x0A，选择正常功耗和 100Hz 输出速率。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_BW_RATE, 0x0AU) == 0U)
		return 0U;
	/* 教学演示暂不进行零偏校准，三个偏移寄存器均写入 0。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_OFSX, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_OFSY, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_OFSZ, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	/* 本教学演示采用轮询读取，因此关闭中断和 FIFO 功能。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_INT_ENABLE, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_FIFO_CTL, 0x00U) == 0U)
		return 0U;
	/* POWER_CTL 的 MEASURE 位置 1，退出待机并开始连续转换。 */
	if(ADXL345_WriteRegister(ADXL345_REG_POWER_CTL, 0x08U) == 0U)
		return 0U;
	delay_ms(10);

	return 1U;
}

/*
 * 一次连续读取 DATAX0～DATAZ1 共 6 个寄存器。
 * ADXL345 按低字节在前、高字节在后的顺序输出数据，合并后转换为 s16，
 * 从而保留负加速度的二进制补码符号。
 */
u8 ADXL345_ReadAcceleration(ADXL345_DataTypeDef *data)
{
	u8 buffer[6];

	if(data == 0)
		return 0U;
	if(ADXL345_ReadRegisters(ADXL345_REG_DATAX0, buffer, 6U) == 0U)
		return 0U;

	/* 每个轴由相邻的低、高两个字节组成。 */
	data->x = (s16)(((u16)buffer[1] << 8) | buffer[0]);
	data->y = (s16)(((u16)buffer[3] << 8) | buffer[2]);
	data->z = (s16)(((u16)buffer[5] << 8) | buffer[4]);

	return 1U;
}

/*
 * 将某一轴的原始数据换算成 mg（毫重力加速度）。
 *
 * 当前为全分辨率模式，典型灵敏度为 3.9mg/LSB：
 *     加速度(mg) = 原始数据 × 3.9
 * 使用“先乘 39、再除 10”的整数运算，避免引入浮点运算代码。
 */
s32 ADXL345_RawToMilliG(s16 raw_value)
{
	return ((s32)raw_value * 39L) / 10L;
}

ADXL345.h代码

#ifndef __ADXL345_H
#define __ADXL345_H

#include "sys.h"

/*
 * ADXL345 三轴加速度传感器驱动头文件
 *
 * 硬件连接：
 *   ADXL345 SDA     -> STM32F103C8T6 PA0
 *   ADXL345 SCK/SCL -> STM32F103C8T6 PA1
 *
 * 注意：ADXL345 的 CS 引脚需要接 3.3V，才能进入 I2C 通信模式；
 *       ALT ADDRESS/SDO 接地时，器件的 7 位 I2C 地址为 0x53。
 */

/* ADXL345 的固定器件标识，读取 DEVID 寄存器应得到 0xE5。 */
#define ADXL345_DEVICE_ID        0xE5U

/* 保存一次采样得到的 X、Y、Z 三轴原始有符号数据。 */
typedef struct
{
	s16 x;                         /* X 轴原始数据 */
	s16 y;                         /* Y 轴原始数据 */
	s16 z;                         /* Z 轴原始数据 */
} ADXL345_DataTypeDef;

/*
 * 初始化 GPIO 和 ADXL345。
 * 配置为全分辨率、±16g、100Hz 输出数据速率并进入测量模式。
 * 返回值：1 表示初始化成功，0 表示通信或器件检测失败。
 */
u8 ADXL345_Init(void);

/* 读取 DEVID 寄存器，正常模块应返回 ADXL345_DEVICE_ID（0xE5）。 */
u8 ADXL345_ReadDeviceID(void);

/* 向指定寄存器写入一个字节，成功返回 1，失败返回 0。 */
u8 ADXL345_WriteRegister(u8 register_address, u8 data);

/* 从指定寄存器读取一个字节，成功返回 1，失败返回 0。 */
u8 ADXL345_ReadRegister(u8 register_address, u8 *data);

/* 从 start_address 开始连续读取 length 个字节。 */
u8 ADXL345_ReadRegisters(u8 start_address, u8 *data, u8 length);

/* 连续读取 X、Y、Z 三轴加速度原始数据。 */
u8 ADXL345_ReadAcceleration(ADXL345_DataTypeDef *data);

/*
 * 将原始数据换算为 mg（毫重力加速度）。
 * 全分辨率模式下的典型比例系数为 3.9mg/LSB，1000mg 约等于 1g。
 */
s32 ADXL345_RawToMilliG(s16 raw_value);

#endif

六、OLED 屏幕显示效果解析

6.1 正常运行界面

  ADXL345 +/-16g
X:+00000 mg
Y:+00000 mg
Z:+00998 mg

字段释义：

+/-16g：当前传感器测量量程；
X/Y/Z：三轴加速度，正负号代表受力方向；
mg：毫重力加速度单位。

6.2 通信故障报错界面

ADXL345
Sensor error
SDA PA0 SCK PA1
ID:0x00

出现报错排查顺序：供电、共地、CS 引脚、SDO 地址引脚、SDA/SCL 接线、I2C 上拉电阻。

七、量程、分辨率与实验现象分析

ADXL345 支持 4 档量程：±2g、±4g、±8g、±16g；本工程选用 ±16g，可捕捉大幅度晃动、冲击，全分辨率模式下所有量程统一 3.9mg/LSB，±16g 可达 13 位高精度。

倾斜实验 设备缓慢倾斜，重力矢量在三轴重新分配，一个轴数值减小，另一轴增大；静止状态下三轴平方和开根号≈1000mg。
晃动冲击实验 快速摆动、敲击传感器，动态加速度叠加重力分量，单轴读数会超过 ±1000mg，属于正常现象，非硬件损坏。
自由落体实验 脱手自由下落瞬间三轴读数全部接近 0mg，失重检测是 ADXL345 内置功能，本工程未启用中断。

八、传感器误差来源与简易校准方案

实际采样数值和理论值存在偏差，主要误差来源：

零偏误差：无重力分量轴存在固定几十 mg 偏移；
灵敏度误差：1g 位置读数偏离 1000mg；
安装机械误差：PCB 安装不水平，重力分解至多轴；
干扰误差：电源波动、长线接线、电机振动、温度漂移。

简易校准步骤

传感器水平静止放置，多次采样取平均值，降低随机抖动；
确定理论标准值（平放 Z 轴 + 1000mg，X/Y 为 0mg）；
平均值减去理论值，得到三轴零偏补偿值；
两种补偿方式：软件读取后手动减法、写入 OFSX/OFSY/OFSZ 硬件偏移寄存器。

拓展优化：多次采样滑动平均滤波、一阶低通滤波，消除数值抖动。

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