10、重力感应-三轴加速(MMA7455)

野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 2 页- 0、友情提示 《零死角玩转 STM32》系列教程由初级篇、中级篇、高级篇、系统篇、 四个部分组成，根据野火 STM32 开发板旧版教程升级而来，且经过重新深入编 写，重新排版，更适合初学者，步步为营，从入门到精通，从裸奔到系统，让 您零死角玩转 STM32。M3 的世界，于野火同行，乐意惬无边。 另外，野火团队历时一年精心打造的《STM32 库开发实战指南》将于今 年 10 月份由机械工业出版社出版，该书的排版更适于纸质书本阅读以及更有利 于查阅资料。内容上会给你带来更多的惊喜。是一本学习 STM32 必备的工具 书。敬请期待！ 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 3 页- 10、重力感应/三轴加速（MMA7455） 10.1 实验描述及工程文件清单 实验描述 控制倾角传感器（MMA7455）测量加速度和倾角，通过串口 打印测量得的数据。 硬件连接 PB6-I2C1_SCL PB7-I2C1_SDA 用到的库文件 startup/start_stm32f10x_hd.c CMSIS/core_cm3.c CMSIS/system_stm32f10x.c FWlib/stm32f10x_gpio.c FWlib/stm32f10x_rcc.c FWlib/stm32f10x_usart.c FWlib/stm32f10x_i2c.c 用户编写的文件 USER/main.c USER/stm32f10x_it.c USER/usart1.c USER/I2C_MMA.c 在这个加速度传感器例程中野火采用使用了集成模块，只需要把模块的电 源线和 SDA，SCL 端口连接到开发板上的 I2C 总线即可。EEPROM 的也使用了 I2C 总线，所以可以参照 EEPROM 的件原理图。 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 4 页- 野火 STM32 开发板 2.4G 无线模块接口图: 10.2 MMA7455 简介 MMA7455 是一款数字三轴加速度传感器，可以利用测量出来的重力加速 度在某方向上的分量来计算器件与水平面间的夹角，测量倾角是很多有趣应用 的基础。 本实验采用 I2C 方式与传感器通讯，控制传感器用 2g 的量程。 在测量前对传感器进行校准。 10.3 代码分析 首先要添加用的库文件，在工程文件夹下 Fwlib 下我们需添加以下库文 件： 1. stm32f10x_gpio.c 2. stm32f10x_rcc.c 3. stm32f10x_usart.c 4. stm32f10x_i2c.c 还要在 stm32f10x_conf.h 中把相应的头文件添加进来： 1. #include "stm32f10x_gpio.h" 2. #include "stm32f10x_i2c.h" 3. #include "stm32f10x_rcc.h" 4. #include "stm32f10x_usart.h" 配置好所需的库文件之后，我们就从 main 函数开始分析： 1. * 2. * 函数名：main 3. * 描述 ：主函数 4. * 输入 ：无 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 5 页- 5. * 输出 ：无 6. * 返回 ：无 7. */ 8. int main(void) 9. { 10. /* 配置系统时钟为 72M */ 11. SystemInit(); 12. 13. /* 串口 1 初始化 */ 14. USART1_Config(); 15. 16. /*重力传感器初始化*/ 17. I2C_MMA_Init() ; 18. 19. /*重力传感器校准*/ 20. I2C_MMA_Cal(); 21. 22. printf("\r\n--------这是一个重力传感器测试程序---------\r\n"); 23. 24. 25. /* 检测倾角*/ 26. I2C_MMA_Test(&X_Value); 27. I2C_MMA_Test(&Y_Value); 28. I2C_MMA_Test(&Z_Value); 29. 30. printf("\r\n--------X 方向的数据----------\r\n"); 31. I2C_MMA_Printf(&X_Value); 32. 33. printf("\r\n--------Y 方向的数据----------\r\n"); 34. I2C_MMA_Printf(&Y_Value); 35. 36. printf("\r\n--------Z 方向的数据----------\r\n"); 37. I2C_MMA_Printf(&Z_Value); 38. 39. /*进入省电模式*/ 40. if(I2C_MMA_Standby()== SUCCESS ) 41. 42. printf("\r\n Acceleration enter standby mode! \r\n"); 43. else 44. printf("\r\n Standby mode ERROR! \r\n"); 45. 46. } 系统库函数 SystemInit(); 将系统时钟设置为 72M， USART1_Config(); 配置串 口，关于这两个函数的具体讲解可以参考前面的教程，这里不再详述。 1. /* 2. * 函数名：I2C_MMA_Init 3. * 描述 ：I2C 外设(MMA7455)初始化 4. * 输入 ：无 5. * 输出 ：无 6. * 调用 ：外部调用 7. */ 8. void I2C_MMA_Init(void) 9. { 10. I2C_GPIO_Config(); 11. I2C_Mode_Config(); 12. } 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 6 页- I2C_MMA_Init();是用户编写的函数，其中调用了 I2C_GPIO_Config();配置好 I2C 所用的 I/O 端口，调用 I2C_Mode_Configu();设置 I2C 的工作模式,并使能相关外设 的时钟。 I2C_MMA_Cal()函数是用来校正传感器的，校正需要先测量原始数据，我们先看 I2C_MMA_Test()函数 1. /* 2. * 函数名：I2C_MMA_Test 3. * 描述 ：测量倾角 和 加速度 （量程 0-2g） 4. * 输入 ：数据结构体的指针 5. * 输出 ：无 6. * 调用 ：外部调用 7. */ 8. void I2C_MMA_Test(MMA_Dat* MMA_Value) 9. { 10. u8 temp; 11. 12. /*MMA 进入 2g 量程测试模式*/ 13. I2C_MMA_ByteWrite(0x05,MMA_MCTL_Addr); 14. 15. /*DRDY 标置位,等待测试完毕*/ 16. while(!(I2C_MMA_ByteRead(MMA_STATUS_Addr)&0x01)); 17. 18. /*读取测得的数据*/ 19. MMA_Value->Out = I2C_MMA_ByteRead(MMA_Value->Addr); 20. 21. if((MMA_Value->Out&0x80) ==0x00) /*读出的原始值为正数 */ 22. { 23. temp = MMA_Value->Out; 24. 25. /*将原始值转换为加速度，乘以 -1 为方向处理*/ 26. MMA_Value->Acc = (float)(-1)*temp *ACC_Gravity/64; 27. 28. /*将原始值转换为角度*/ 29. if(temp >=64) 30. /*加速度值大于 1g */ 31. MMA_Value->Angle = 90.0; 32. 33. else 34. /*加速度小于 1 g， Angle = asin(Acc/9.8)*57.32; 弧度制转换 57.32 = 180/3.14*/ 35. MMA_Value->Angle = asin((float)temp/64)*57.32; 36. } 37. 38. /*读出的原始值为负数 */ 39. else 40. { 41. temp = MMA_Value->Out; 42. 43. /*二补码转换*/ 44. temp -= 1; 45. temp = ~temp; 46. 47. /*将原始值转换为加速度*/ 48. MMA_Value->Acc = (float) temp *ACC_Gravity/64; 49. 50. /*将原始值转换为角度，乘以 -1 为方向处理*/ 51. if(temp>=64) 52. MMA_Value->Angle = -90.0; 53. else 54. /* Angle = asin(Acc/9.8)*57.32 */ 55. MMA_Value->Angle =(-1)*asin((float)temp/64)*57.32; 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 7 页- 56. } 57. } 这个函数调用了 I2C_MMA_ByteWrite()，以下是函数原型： 1. /* 2. * 函数名：I2C_MMA_ByteWrite 3. * 描述 ：写一个字节到 I2C MMA 寄存器中 4. * 输入 ：-pBuffer 缓冲区指针 5. * -WriteAddr 接收数据的 MMA 寄存器的地址 6. * 输出 ：无 7. * 返回 ：无 8. * 调用 ：内部调用 9. */ 10. static void I2C_MMA_ByteWrite(u8 pBuffer, u8 WriteAddr) 11. { 12. /*wait until I2C bus is not busy*/ 13. while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY)); 14. 15. /* Send START condition */ 16. I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE); 17. 18. /* Test on EV5 and clear it */ 19. while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); 20. 21. /* Send MMA address for write */ 22. I2C_Send7bitAddress(I2C1, MMA_ADRESS, I2C_Direction_Transmitter); 23. 24. /* Test on EV6 and clear it */ 25. while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECT ED)); 26. 27. /* Send the MMA's Register address to write to */ 28. I2C_SendData(I2C1, WriteAddr); 29. 30. /* Test on EV8 and clear it */ 31. while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); 32. 33. /* Send the byte to be written */ 34. I2C_SendData(I2C1, pBuffer); 35. 36. /* Test on EV8 and clear it */ 37. while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); 38. 39. /* Send STOP condition */ 40. I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); 41. 42. } 这与 EEPROM 的 I2C_EE_PageWrite()函数很类似，第一个参数为要写入的数 值，第二个参数为待写入寄存器的地址。这些寄存器的地址在 I2C_MMA.h 文件 中都有宏定义。 其中要强调的地方方是 MMA7455 的器件地址（分清器件地址与寄存器地 址的区别哦！），在 MMA7455 的 DataSheet 中查到的器件地址为 0X1D，但这 个地址是不正确的，与野火使用的这块芯片有区别，市面上的传感器一般这个 器件地址也为 0x3A。 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 8 页- 在用 Jlink 调试程序的时候，程序循环运行在第 25 行就可以知道是器件地 址出了问题，其它通讯的错误也可以用这样的方式查找出来，省了示波器 ^_^。 I2C_MMA_ByteRead()类似，功能是读取寄存器的值，就不分析了。 回到 I2C_MMA_Test()函数中，I2C_MMA_Test()的第 13 行代码是向 MMA7455 写 入命令，开启 2g 转换模式，开启了检测模式后，通过查询 MMA7455 的 DRDY 位，等待 MMA7455 的加速度转化完成。以下为 DataSheet 的说明，附上野火 的注释: 截图来自《MMA7455L》 转化完成后根据传入的参数，把相应的 MMA7455 数据寄存器中的数据读 取出来，各个方向的原始数据储存在相应的结构体的 .Out 变量中： 1. typedef struct 2. { 3. uc8 Addr; //寄存器的地址 4. uc8 Name; //数据的方向，X，Y 或 Z 5. s8 Out; //寄存器的值 6. float Acc; //加速度值 7. float Angle; //角度值 8. }MMA_Dat; 在结构体初始化的时候把寄存器的地址和名称定义好了： 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 9 页- 1. /*********************************/ 2. MMA_Dat X_Value={MMA_XOUT8_Addr,'X'}; 3. MMA_Dat Y_Value={MMA_YOUT8_Addr,'Y'}; 4. MMA_Dat Z_Value={MMA_ZOUT8_Addr,'Z'}; 要注意的是 MMA7455 中的数据以二补数的形式来储存： 截图来自《MMA7455L》 把二补数转换为原码后就可以像处理 ADC 的数据一样了，我们选择的是 2g 量程，敏感度为：64LSB/g。 至于角度的计算，把重力加速度按各方向的分解，可以推导出来。 计算出来的 加速度或角度 乘以 -1 是野火根据传感器上标注的箭头的方 向，并以此为正方向进行调整的，不同的厂家生产的传感器稍有区别。 下图是以 X 方向输出的角度为例： 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 10 页- 输出的角度为各箭头方向的直线与水平面间的夹角，在水平面上方为正，下 方为负。 接下来分析一下 校准函数： 1. /* 2. * 函数名：I2C_MMA_Cal 3. * 描述 ：MMA7455 校准 4. * 输入 ：无 5. * 输出 ：无 6. * 调用 ：外部调用，在初始化后调用 7. */ 8. void I2C_MMA_Cal(void) 9. { 10. I2C_MMA_ByteWrite(0x00,MMA_YOFFL_Addr); /*校正 x 值 00 */ 11. I2C_MMA_ByteWrite(0x30,MMA_YOFFL_Addr); /*校正 y 值 48*/ 12. I2C_MMA_ByteWrite(0xE2,MMA_ZOFFL_Addr); /*校正 Z 值 -30 的补码 */ 13. I2C_MMA_ByteWrite(0xFF,MMA_ZOFFH_Addr); /*校正 Z 值,校正值为负数，要把 高位写 1;*/ 14. } I2C_MMA_Cal()函数是用来校正传感器的，称为 0g 校准。这个函数在第一次测 量前必须调用，而且每个传感器的校正值都有不同，其中的校正参数就要大家 亲手去调试出来啦。 参照 DataSheet《AN3745》按以下步骤校准： 1. 把传感器按水平方式放置，读取各方向寄存器输出值。 这个情况下，Z 轴方向标准输出应为 1g，X 轴和 Y 轴均为 0。对应到各个寄 存器的原始数据就应是 ZOUT8 = 64，XOUT8 = 0,YOUT8 = 0。但是未校准 前，各个寄存器的输出会有一定的偏差。 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 11 页- 以下为传感器水平放置，野火的例程中未校准得出的数据 2.向相应的 OffSet 寄存器写入校准值： 要注意两个问题。 一是校准寄存器中的值为 1/2 LSB，所以我们写入的值要相应地乘以 2 倍： XOUT8 很标准，不用写入校准值，或向 XOFFL 写入 0; YOUT8 输出为-19，所以应 YOFFL 写入 38 = 2*19； ZOUT8 输出为 75，所以应写入 -22 = 2*（64-75）； 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 12 页- 截图来自《MMA7455L》 当校准值要写入负数时，要注意第二个问题： 就是在 MMA7455 寄存器中数值是以补码的形式储存的，所以实际写入 的 数据要经过转化： -22 的补码为 0xEA。但是，向 ZOFFL 写入 0xEA 还是未能校 准，因为校准寄存器的还有高 8 位，高 8 位必须全写入 1 才是 -22 的补码，所 以还要向 ZOFFH 写入 0xff。 选取恰当的校准值往往要经过多次的检测，为了提高准确度，就辛苦一点 吧。 最后讲解一下 Standby 模式，只要向 MCTL 寄存器写入 0x04 命令就可进入 Standby 模式，这时传感器不工作，功耗大大降低： 1. * 2. * 函数名：I2C_MMA_Standby 3. * 描述 ：重力传感器进入 Standby 模式，省电 4. * 输入 ：无 5. * 输出 ：无 6. * 返回 ：是否成功进入 Standby 模式 7. * 调用 ：外部调用 8. */ 9. u8 I2C_MMA_Standby(void) 10. { 11. u8 MMA_Test; 12. 13. /*MMA Standby Mode*/ 14. I2C_MMA_ByteWrite(0x04,MMA_MCTL_Addr); 15. 16. /*MMA_Test*/ 17. MMA_Test = I2C_MMA_ByteRead(MMA_MCTL_Addr); 18. 19. if(MMA_Test == 0x04) 20. return SUCCESS ; 21. else 22. return ERROR; 23. } 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 13 页- 10.4 实验现象 很多第一次使用加速度传感器的人都会被它的方向弄糊涂，以下为传感器 分别按 DataSheet 的这图 3，图 4，图 5，三个个方向来放置时没得的数据。 注释中的各个 XYZ 轴的方向为野火使用的传感器上标注的箭头方向，设为 正方向。将野火 STM32 开发板供电(DC5V)，插上 JLINK。 截图来自《MMA7455L》 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 14 页- 按图 2 方向放置 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 15 页- 按图 3 方向放置 野火淘宝店：http://firestm32.taobao.com （点我） -第 16 页- 0、友情提示 10、重力感应/三轴加速（MMA7455） 10.1 实验描述及工程文件清单 10.2 MMA7455简介 10.3代码分析 10.4实验现象