STM32H5开发陀螺仪LSM6DSV16X(1)----轮询获取陀螺仪数据

概述

本文将介绍如何通过轮询（Polling）方式从LSM6DSV16X六轴惯性传感器中获取陀螺仪数据。轮询模式是一种常用的传感器读取方式，主控MCU定期查询陀螺仪输出寄存器，无需依赖中断机制即可实现数据采集。该方法适用于对响应时延要求不高、系统结构简单的场景，便于快速验证陀螺仪功能或进行基础测试。

最近在瑞萨RA的课程，需要样片的可以加qun申请：925643491。

视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV11GLNzCEqs/

样品申请

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

源码下载

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R7FA4L1BD4CFP

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/RA4L1_LSM6DSV16X_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/RA4L1_LSM6DSV16X_LIS2MDL

通信模式

对于LSM6DSV16X，可以使用SPI或者IIC进行通讯。
最小系统图如下所示。

在CS管脚为1的时候，为IIC模式

本文使用的板子原理图如下所示。

管脚定义

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1101011b）；否则，如果SDO/SA0引脚连接到地线，LSb的值为’0’（地址1101010b）。

IIC接口如下所示。
主要使用的管脚为CS、SCL、SDA、SA0。

速率

该模块支持的速度为普通模式(100k)和快速模式(400k)。

新建工程

工程模板

保存工程路径

芯片配置

本文中使用R7FA4L1BD4CFP来进行演示。

工程模板选择

时钟设置

开发板上的外部高速晶振为8M.

需要修改XTAL为8M。

UART配置

点击Stacks->New Stack->Connectivity -> UART(r_sci_uart)。

UART属性配置

设置e2studio堆栈

printf函数通常需要设置堆栈大小。这是因为printf函数在运行时需要使用栈空间来存储临时变量和函数调用信息。如果堆栈大小不足，可能会导致程序崩溃或不可预期的行为。
printf函数使用了可变参数列表，它会在调用时使用栈来存储参数，在函数调用结束时再清除参数，这需要足够的栈空间。另外printf也会使用一些临时变量，如果栈空间不足，会导致程序崩溃。
因此，为了避免这类问题，应该根据程序的需求来合理设置堆栈大小。

e2studio的重定向printf设置

在嵌入式系统的开发中，尤其是在使用GNU编译器集合（GCC）时，–specs 参数用于指定链接时使用的系统规格（specs）文件。这些规格文件控制了编译器和链接器的行为，尤其是关于系统库和启动代码的链接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是两种常见的规格文件，它们用于不同的场景。
–specs=rdimon.specs
用途: 这个选项用于链接“Redlib”库，这是为裸机（bare-metal）和半主机（semihosting）环境设计的C库的一个变体。半主机环境是一种特殊的运行模式，允许嵌入式程序通过宿主机（如开发PC）的调试器进行输入输出操作。
应用场景: 当你需要在没有完整操作系统的环境中运行程序，但同时需要使用调试器来处理输入输出（例如打印到宿主机的终端），这个选项非常有用。
特点: 它提供了一些基本的系统调用，通过调试接口与宿主机通信。
–specs=nosys.specs
用途: 这个选项链接了一个非常基本的系统库，这个库不提供任何系统服务的实现。
应用场景: 适用于完全的裸机程序，其中程序不执行任何操作系统调用，比如不进行文件操作或者系统级输入输出。
特点: 这是一个更“裸”的环境，没有任何操作系统支持。使用这个规格文件，程序不期望有操作系统层面的任何支持。
如果你的程序需要与宿主机进行交互（如在开发期间的调试），并且通过调试器进行基本的输入输出操作，则使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全独立的，不需要任何形式的操作系统服务，包括不进行任何系统级的输入输出，则使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函数原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函数进行配置，开启和初始化UART。

    /* Open the transfer instance with initial configuration. */err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);printf("hello world!\n");

回调函数user_uart_callback ()

当数据发送的时候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE来判断是否发送完毕。

可以检查检查 “p_args” 结构体中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果条件为真，那么 if 语句后面的代码块将会执行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE){uart_send_complete_flag = true;}
}

printf输出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解决的问题是将printf的输出重定向到串口，然后通过串口将数据发送出去。
注意一定要加上头文件#include <stdio.h>

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else#endifPUTCHAR_PROTOTYPE
{err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();while(uart_send_complete_flag == false){}uart_send_complete_flag = false;return ch;
}int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{for(int i=0;i<size;i++){__io_putchar(*pBuffer++);}return size;
}

IIC配置

点击Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

设置IIC的配置，需要注意从机的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函数原型

R_IIC_MASTER_Open()函数为执行IIC初始化，开启配置如下所示。

    /* Initialize the I2C module */err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函数原型

R_IIC_MASTER_Write()函数是向IIC设备中写入数据，写入格式如下所示。

    err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, &reg, 1, true);assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函数原型

R_SCI_I2C_Read()函数是向IIC设备中读取数据，读取格式如下所示。

    /* Read data from I2C slave */err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false);assert(FSP_SUCCESS == err);

i2c_master_callback()回调函数

对于数据是否发送完毕，可以查看是否获取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
uint32_t  timeout_ms = 1000000;
void i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;if (NULL != p_args){/* capture callback event for validating the i2c transfer event*/i2c_event = p_args->event;}
}

CS和SA0设置

参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dsv16x-pid/tree/main

初始换管脚

由于需要向LSM6DSV16X_I2C_ADD_L写入以及为IIC模式。

所以使能CS为高电平，配置为IIC模式。
配置SA0为高电平。

    //LSM6DSV16X SA0->0R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW);//LSM6DSV16X CS1->1R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_05_PIN_05, BSP_IO_LEVEL_HIGH);//LIS2MDL CS2->1R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_HIGH);lsm6dsv16x_reset_t rst;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(dev_ctx.handle);/* Wait sensor boot time */platform_delay(BOOT_TIME);

获取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0x70。

lsm6dsv16x_device_id_get为获取函数。

对应的获取ID驱动程序,如下所示。

  /* Check device ID */lsm6dsv16x_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);printf("LSM6DSV16X_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSV16X_ID,whoamI);if (whoamI != LSM6DSV16X_ID)while (1);

复位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器写入1进行复位。

lsm6dsv16x_reset_set为重置函数。

对应的驱动程序,如下所示。

  /* Restore default configuration */lsm6dsv16x_reset_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_RESTORE_CTRL_REGS);do {lsm6dsv16x_reset_get(&dev_ctx, &rst);} while (rst != LSM6DSV16X_READY);

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CTRL3 (12h)的BDU寄存器写入1进行开启。

对应的驱动程序,如下所示。

  /* Enable Block Data Update */lsm6dsv16x_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

设置量程和速率

速率可以通过CTRL1 (10h)设置加速度速率和CTRL2 (11h)进行设置角速度速率。

设置加速度量程可以通过CTRL8 (17h)进行设置。
设置角速度量程可以通过CTRL6 (15h)进行设置。

设置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函数。

  /* Set Output Data Rate.* Selected data rate have to be equal or greater with respect* with MLC data rate.*/lsm6dsv16x_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_7Hz5);lsm6dsv16x_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_15Hz);/* Set full scale */lsm6dsv16x_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2g);lsm6dsv16x_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2000dps);

配置过滤链

  /* Configure filtering chain */filt_settling_mask.drdy = PROPERTY_ENABLE;filt_settling_mask.irq_xl = PROPERTY_ENABLE;filt_settling_mask.irq_g = PROPERTY_ENABLE;lsm6dsv16x_filt_settling_mask_set(&dev_ctx, filt_settling_mask);lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_GY_ULTRA_LIGHT);lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_XL_STRONG);

轮询读取数据

进入一个无限循环，不断检查是否有新的数据（加速度、角速率、温度）可用。
对于每种类型的数据（加速度、角速率、温度），如果有新数据，就读取原始数据，转换为对应的单位（毫克、毫度每秒、摄氏度），并通过串行输出打印。

对于数据是否准备好，可以访问STATUS_REG (1Eh)进行判断。

    /* Read output only if new xl value is available */lsm6dsv16x_flag_data_ready_get(&dev_ctx, &drdy);

对于加速度数据，可以通过28-2D进行获取。


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 lsm6dsv16x_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] = lsm6dsv16x_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。

● LSM6DSV16X 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。
● 因此，这个范围（4g 或者 4000 mg）被分成了 65536 个步长。
● 每个步长的大小是 4000 mg/65536≈0.061 mg/LSB
所以，函数中的乘法 ((float_t)lsb) * 0.061f 是将原始的整数值转换为以毫重力（mg）为单位的加速度值。这个转换对于将加速度计的原始读数转换为实际的物理测量值是必需的。

    if (drdy.drdy_xl) {/* Read acceleration field data */memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);acceleration_mg[0] =lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);acceleration_mg[1] =lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);acceleration_mg[2] =lsm6dsv16x_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]);}	

对于角速度数据，可以通过22-2D进行获取。

在 LSM6DSV16X 传感器中，函数 lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(int16_t lsb) 用于将原始的传感器数据（以最小可分辨位（Least Significant Bit，简称 LSB）为单位）转换为以毫度每秒（mdps）为单位的角速度值。这里的 70.0f 是一个转换因子，用于从原始数据单位转换到实际的物理单位。
具体来说，这个转换因子是基于传感器的灵敏度或比例因子。对于 LSM6DSV16X 传感器，当设置为 ±2000 dps (度每秒) 的满量程时，每个 LSB 代表的角速度值为 70 mdps。

    /* Read output only if new xl value is available */if (drdy.drdy_gy) {/* Read angular rate field data */memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);angular_rate_mdps[0] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);angular_rate_mdps[1] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);angular_rate_mdps[2] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[2]);printf("Angular rate [mdps]:%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\r\n",angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);}

对于温度数据，可以通过20-21进行获取。

    if (drdy.drdy_temp) {/* Read temperature data */memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);temperature_degC = lsm6dsv16x_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);printf("Temperature [degC]:%6.2f\r\n", temperature_degC);}