QMI8658A 六轴惯性测量单元的应用介绍

目录

概述

1 芯片概述

2 性能参数对比（vs MPU6050）

3 引脚配置与接口

3.1  引脚定义（LGA-16封装）

3.2 接口模式配置

4 核心寄存器详解

4.1 关键控制寄存器

4.2 数据输出寄存器

5 QMI8658A的驱动程序实现方法

5.1 I²C初始化代码（Arduino）

5.2 低功耗模式配置

5.3 数据读取与处理

5.3.1 原始数据读取

5.3.2  物理量转换

5.4 高级功能应用

5.4.1 传感器自检

5.4.2 运动中断检测

5.5 校准技术

5.5.1 六点加速度校准法

 5.5.2 自动校准实现

6 典型应用

6.1 典型应用电路

6.2 驱动流程

7 寄存器列表

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概述

本文主要介绍QMI8658A 的芯片的相关内容，包括寄存器的相关参数，驱动程序的实现。QMI8658A 是矽睿科技(QST)推出的高性能6轴MEMS惯性测量单元，集成了3轴加速度计和3轴陀螺仪，专为工业级应用设计，具有卓越的温度稳定性和抗冲击能力。

1 芯片概述

QMI8658A 是矽睿科技(QST)推出的高性能6轴MEMS惯性测量单元，集成了3轴加速度计和3轴陀螺仪，专为工业级应用设计，具有卓越的温度稳定性和抗冲击能力。

核心优势

• 超低噪声：加速度计噪声密度仅90μg/√Hz

• 高温度稳定性：全温范围±0.5mg零偏稳定性

• 宽电压范围：1.7V-3.6V工作电压

• 智能电源管理：<2μA待机电流

• 内置自检功能：硬件级传感器诊断

2 性能参数对比（vs MPU6050）

参数	QMI8658A	MPU6050	优势
加速度计量程	±2/4/8/16g	±2/4/8/16g	同等
陀螺仪量程	±125/250/500/1000/2000dps	±250/500/1000/2000dps	更精细
噪声密度	90μg/√Hz	300μg/√Hz	低67%
零偏稳定性	±0.5mg	±1mg	高2倍
工作电压	1.7-3.6V	2.375-3.46V	更宽范围
电流消耗	150μA@100Hz	3.9mA@100Hz	低96%
温度范围	-40~+85℃	-40~+85℃	同等

3 引脚配置与接口

3.1  引脚定义（LGA-16封装）

引脚	名称	功能	说明
1	GND	地	电源地
2	VDDIO	IO电源	1.7-3.6V
3	SDA/SPI_SDI	串行数据	I²C/SPI模式
4	SCL/SPI_SCK	串行时钟	I²C/SPI模式
5	CSB	片选	SPI模式使能
6	SDO/SA0	数据输出/地址	SPI输出/I²C地址选择
7	INT1	中断1	可编程中断
8	INT2	中断2	可编程中断
9-16	NC	未连接	保留

3.2 接口模式配置

模式	CSB	SDO/SA0	说明
I²C地址0	高	低	0x6A
I²C地址1	高	高	0x6B
SPI模式	低	任意	4线SPI

4 核心寄存器详解

4.1 关键控制寄存器

寄存器	地址	功能	复位值
WHO_AM_I	0x00	设备ID (0x05)	0x05
CTRL1	0x02	传感器使能	0x60
CTRL2	0x03	加速度配置	0x04
CTRL3	0x04	陀螺仪配置	0x44
CTRL7	0x08	传感器模式	0x00

4.2 数据输出寄存器

数据轴	寄存器地址	数据格式
Accel_X	0x35-0x36	16位有符号
Accel_Y	0x37-0x38	16位有符号
Accel_Z	0x39-0x3a	16位有符号
Gyro_X	0x3b-0x3c	16位有符号
Gyro_Y	0x3d-0x3e	16位有符号
Gyro_Z	0x3f-0x40	16位有符号
Temp	0x33-0x34	16位有符号

5 QMI8658A的驱动程序实现方法

笔者基于Arduino平台实现QMI8658A的驱动程序

5.1 I²C初始化代码（Arduino）

#include <Wire.h>
#define QMI8658_ADDR 0x6A // SA0=0void setup() {Wire.begin();// 复位设备writeRegister(0x02, 0x80); // CTRL1: Soft resetdelay(50);// 配置加速度计±8g, 100HzwriteRegister(0x03, 0x24); // CTRL2: Accel 100Hz, ±8g// 配置陀螺仪±500dps, 100HzwriteRegister(0x04, 0x54); // CTRL3: Gyro 100Hz, ±500dps// 启用6轴传感器writeRegister(0x02, 0xE0); // CTRL1: Enable Accel+Gyro
}void writeRegister(uint8_t reg, uint8_t value) {Wire.beginTransmission(QMI8658_ADDR);Wire.write(reg);Wire.write(value);Wire.endTransmission();
}

5.2 低功耗模式配置

// 进入低功耗模式
void enterLowPowerMode() {writeRegister(0x02, 0x60); // 仅加速度计工作writeRegister(0x06, 0x03); // CTRL7: 低功耗模式
}// 唤醒设备
void wakeUp() {writeRegister(0x02, 0xE0); // 启用6轴writeRegister(0x06, 0x00); // 正常模式
}

5.3 数据读取与处理

5.3.1 原始数据读取

int16_t readSensor(uint8_t reg) {Wire.beginTransmission(QMI8658_ADDR);Wire.write(reg);Wire.endTransmission(false);Wire.requestFrom(QMI8658_ADDR, 2);uint16_t data = (Wire.read() << 8) | Wire.read();return (int16_t)data;
}void loop() {int16_t accX = readSensor(0x29);int16_t accY = readSensor(0x2B);int16_t accZ = readSensor(0x2D);int16_t gyrX = readSensor(0x2F);int16_t gyrY = readSensor(0x31);int16_t gyrZ = readSensor(0x33);delay(10);
}

5.3.2  物理量转换

// 加速度转换 (g)
float accelToG(int16_t raw, uint8_t range) {const float scales[] = {0.000244f, 0.000488f, 0.000976f, 0.001952f};return raw * scales[range];
}// 陀螺仪转换 (dps)
float gyroToDPS(int16_t raw, uint8_t range) {const float scales[] = {0.0038147f, 0.0076294f, 0.0152588f, 0.0305176f, 0.0610352f};return raw * scales[range];
}// 温度转换 (°C)
float tempToC(int16_t raw) {return (raw / 256.0f) + 25.0f;
}

5.4 高级功能应用

5.4.1 传感器自检

void sensorSelfTest() 
{// 启动加速度计自检writeRegister(0x0D, 0x01); delay(100);uint8_t status = readRegister(0x0E);if((status & 0x01) == 0) {Serial.println("Accel SelfTest: FAIL");} else {Serial.println("Accel SelfTest: PASS");}// 启动陀螺仪自检writeRegister(0x0D, 0x02);delay(100);status = readRegister(0x0E);if((status & 0x02) == 0) {Serial.println("Gyro SelfTest: FAIL");} else {Serial.println("Gyro SelfTest: PASS");}
}

5.4.2 运动中断检测

// 配置敲击检测
void setupTapDetection() 
{// 配置加速度阈值writeRegister(0x1B, 0x20); // TAP_TH: 2g阈值// 配置敲击时间窗口writeRegister(0x1C, 0x7F); // TAP_DUR: 100ms窗口// 使能敲击检测中断writeRegister(0x0A, 0x20); // INT_EN: 使能敲击中断writeRegister(0x0B, 0x01); // INT_MAP: 映射到INT1
}// 中断服务程序
void isr() 
{uint8_t status = readRegister(0x09);if(status & 0x20) {Serial.println("Tap Detected!");}
}

5.5 校准技术

5.5.1 六点加速度校准法

 5.5.2 自动校准实现

void calibrateAccelerometer() 
{const int samples = 500;float sum[6][3] = {0}; // +X,-X,+Y,-Y,+Z,-Z// 提示用户放置位置for(int pos=0; pos<6; pos++) 
{Serial.print("Place position ");Serial.println(pos);delay(3000);for(int i=0; i<samples; i++) {readRawAccel();sum[pos][0] += accelX;sum[pos][1] += accelY;sum[pos][2] += accelZ;delay(10);}}// 计算偏移和比例因子offsetX = (sum[0][0] + sum[1][0]) / (2*samples);scaleX = 1.0 / (fabs(sum[0][0]-offsetX) + fabs(sum[1][0]-offsetX)) * samples;// 同理计算Y,Z轴...
}

6 典型应用

6.1 典型应用电路

1) I2C驱动电路

2）SPI驱动电路

 

6.2 驱动流程

7 寄存器列表