嵌入式硬件篇---TOF&陀螺仪&SPI液晶屏


文章目录


前言

在STM32平台上使用TOF传感器陀螺仪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 复制代码
// 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 复制代码
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 复制代码
// 初始化MPU6050
MPU6050_Init(&hi2c2);
// 校准陀螺仪(需保持静止)
MPU6050_Calibrate();
读取数据
c 复制代码
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输出模式

显示数据
c 复制代码
// 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 复制代码
// 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


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