文章目录
- 前言
- [1. TOF传感器(Time of Flight)](#1. TOF传感器(Time of Flight))
- [2. 陀螺仪(如MPU6050)](#2. 陀螺仪(如MPU6050))
- [3. SPI液晶屏(如ST7735/ILI9341)](#3. SPI液晶屏(如ST7735/ILI9341))
- 4.整合与优化建议
前言
在STM32平台上使用TOF传感器 、陀螺仪 和SPI液晶屏需要结合硬件接口协议和嵌入式编程。
1. TOF传感器(Time of Flight)
原理
TOF传感器通过测量光(激光或红外)从发射到被物体反射回来的**时间差(Time of Flight)**计算距离。公式为:
距离=𝑐⋅Δ𝑡/2
其中 𝑐是光速,Δ𝑡是时间差。
常见的TOF模块如VL53L0X、VL6180X ,使用I2C通信。
STM32使用方法
硬件连接
SDA
SDA:连接STM32的I2C数据引脚(如PB9)
SCL
SCL:连接I2C时钟引脚(如PB8)
VCC\GND
VCC/GND:3.3V供电
软件配置
初始化I2C外设
初始化I2C外设:使用STM32CubeMX配置I2C模式 (标准模式或快速模式)。
库函数驱动:
c
// 示例:VL53L0X初始化
VL53L0X_Dev_t dev;
dev.I2cHandle = &hi2c1; // 指向配置好的I2C句柄
VL53L0X_Init(&dev);
读取数据
c
uint16_t distance;
VL53L0X_RangingMeasurementData_t data;
VL53L0X_GetRangingMeasurementData(&dev, &data);
distance = data.RangeMilliMeter;
2. 陀螺仪(如MPU6050)
原理
陀螺仪基于MEMS技术 ,通过检测科里奥利力引起的电容变化测量角速度 。MPU6050整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计 ,通过I2C或SPI输出原始数据。
STM32使用方法
硬件连接
SDA/SCL
SDA/SCL:连接I2C引脚(如PB11/PB10)
INT
INT:中断引脚(可选)
VCC/GND
VCC/GND:3.3V供电
软件配置
初始化I2C
初始化I2C:配置STM32CubeMX,启用I2C外设。
校准与配置
c
// 初始化MPU6050
MPU6050_Init(&hi2c2);
// 校准陀螺仪(需保持静止)
MPU6050_Calibrate();
读取数据
c
int16_t gyro_x, gyro_y, gyro_z;
MPU6050_ReadGyro(&gyro_x, &gyro_y, &gyro_z);
// 转换为角速度(单位:°/s)
float gyro_x_dps = gyro_x / 131.0;
3. SPI液晶屏(如ST7735/ILI9341)
原理
SPI液晶屏通过串行外设接口(SPI)接收命令和数据。屏幕控制器(如ST7735)解析SPI数据 ,驱动像素显示。SPI协议包含SCK时钟、MOSI(主发从收)、CS片选和DC数据/命令控制线。
STM32使用方法
硬件连接
SCK
SCK:SPI时钟引脚(如PA5)
MOSI
MOSI:主输出引脚(如PA7)
CS
CS:片选引脚(如PA4)
DC
DC:数据/命令控制(如PA3)
RESET
RESET:复位引脚(如PA2)
软件配置
SPI初始化
SPI初始化:在STM32CubeMX 中配置SPI为全双工主模式 ,设置时钟分频(如8MHz)。
GPIO设置
GPIO设置:配置CS、DC、RESET 为输出模式。
显示数据
c
// 发送命令(如设置显示区域)
void ST7735_WriteCommand(uint8_t cmd) {
HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_RESET); // DC=0表示命令
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, 100);
}
// 发送像素数据
void ST7735_WriteData(uint8_t data) {
HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); // DC=1表示数据
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, 100);
}
// 示例:显示红色矩形
ST7735_FillScreen(ST7735_RED);
4.整合与优化建议
多外设共存
若同时使用I2C和SPI ,需分配不同的GPIO,避免引脚冲突。
使用DMA传输减少CPU负载(如SPI屏刷新)。
实时性处理
陀螺仪数据读取 使用中断或定时器触发 ,确保采样频率(如100Hz)。
TOF传感器可通过轮询或中断读取。
代码结构
c
// 主循环示例
while (1) {
// 读取TOF距离
uint16_t dist = VL53L0X_GetDistance();
// 读取陀螺仪数据
int16_t gx, gy, gz;
MPU6050_ReadGyro(&gx, &gy, &gz);
// 更新屏幕显示
char buffer[50];
sprintf(buffer, "Dist: %d mm", dist);
ST7735_DrawString(10, 10, buffer, ST7735_WHITE, ST7735_BLACK);
}
调试工具
使用逻辑分析仪检查SPI/I2C 时序。
通过串口打印传感器数据验证。
常见问题
I2C通信失败
I2C通信失败:检查上拉电阻(通常4.7kΩ) 、地址设置(MPU6050地址0x68)。
SPI屏幕无显示
SPI屏幕无显示:确认RESET时序 、DC引脚电平是否正确。
数据噪声
数据噪声:对陀螺仪进行软件滤波(如滑动平均)。
通过合理配置外设和优化代码逻辑 ,可在STM32上高效集成TOF、陀螺仪和SPI液晶屏。