引言：为什么选择 SimpleBGC？
在无人机航拍、工业检测、机器人视觉等场景中，"稳定" 是核心需求 ------ 哪怕设备轻微抖动，也会导致画面模糊、数据偏差。而市面上专业稳像设备（如大疆 Ronin 系列）动辄数千元，且闭源架构无法自定义扩展。
SimpleBGC 的出现打破了这一局面：它以开源架构为核心，硬件设计文件、固件代码完全公开，成本仅为专业设备的 1/5~1/10，同时支持从微型运动相机到工业级负载的全场景适配。无论是电子爱好者 DIY、学生做科创项目，还是中小企业开发定制化设备，SimpleBGC 都是性价比极高的选择。
本文将从 "硬件电路设计→软件代码解析→软件算法分析" 三个维度，带大家彻底搞懂这款开源稳像平台的技术细节，即使是刚接触嵌入式开发的新手，也能跟着步骤理解原理、动手实践。
第一部分：SimpleBGC 硬件电路设计 ------ 开源架构下的模块化方案
SimpleBGC 的硬件设计遵循 "模块化、可扩展" 原则，核心是 "主控 + 传感器 + 电机驱动 + 电源 + 接口" 五大模块，不同型号（Tiny/Regular/Extended Long/OEM）的差异主要体现在模块配置上。本节将拆解每个模块的电路原理、元件选型和开源资源使用方法。
1.1 硬件核心参数概览：不同型号怎么选？
首先用表格明确各型号的关键差异，帮你快速定位适合自己场景的版本：
| 型号 | 主控芯片 | 传感器配置 | 电机驱动方式 | 最大负载 | 核心接口 | 适用场景 | 参考价格（美元） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tiny | STM32F103C8T6 | 单 IMU（MPU6050） | 6 步换向 | 0.5kg | UART、I2C、PWM | 微型无人机、运动相机（GoPro） | 50~80 |
| Regular | STM32F103C8T6 | 单 / 双 IMU（MPU6050） | 6 步换向 | 1.5kg | UART、I2C、PWM、SPI | 中小型相机（索尼 ZV-1） | 80~120 |
| Extended Long | STM32F405RGT6 | 双 IMU（MPU9250）+ 编码器 | FOC（磁场定向控制） | 3kg | UART、I2C、SPI、CAN、USB | 专业航拍（大疆 Mavic 3）、工业检测 | 170~220 |
| OEM | STM32F405RGT6 | 可定制 IMU | 6 步 / FOC 可选 | 2kg | 板载接口（无外壳） | 嵌入式设备（机器人视觉） | 120~150 |
1.2 核心模块电路拆解：从元件到原理图
1.2.1 主控模块：稳像平台的 "大脑"
主控芯片是 SimpleBGC 的核心，负责读取传感器数据、运行姿态解算算法、控制电机转动。目前主流型号采用 STM32 系列，不同芯片的差异主要在算力、存储和接口数量上。
| 元件类别 | 型号选择 | 核心参数 | 功能描述 | 选型理由（开源视角） |
|---|---|---|---|---|
| 主控 MCU | STM32F103C8T6（基础版） | Cortex-M3 内核，72MHz 主频，64KB Flash，20KB RAM | 处理传感器数据、运行 PID 算法、控制电机 | 成本低（约 5 美元）、社区资源丰富、支持 Arduino 开发 |
| STM32F405RGT6（高端版） | Cortex-M4 内核，168MHz 主频，1MB Flash，192KB RAM | 支持多传感器融合（EKF）、FOC 驱动、CAN 通信 | 算力更强，满足工业级精度需求，开源固件已适配 | |
| 晶振 | 8MHz（外部）+32.768kHz（RTC） | 8MHz 用于 MCU 主频，32.768kHz 用于实时时钟 | 保证时钟稳定，避免算法计算偏差 | 通用型号，易采购，开源 PCB 设计已预留封装 |
| 复位电路 | MAX811REUR（复位芯片） | 低电平复位，复位时间 140ms | 防止 MCU 异常死机，确保系统稳定重启 | 性价比高，支持宽电压（2.97V~5.5V），适配电源模块 |
| 调试接口 | SWD（2 线） | 支持 ST-Link 调试、下载固件 | 开发时烧录代码、调试程序 | 简化布线，开源调试工具（OpenOCD）支持 |
主控最小系统原理图解读（通俗版）：
- 晶振就像 "时钟"，给 MCU 提供稳定的节拍，确保算法每一步计算的时间一致；
- 复位电路像 "重启按钮"，当电压不稳或程序卡顿时，自动让 MCU 重新开始运行；
- SWD 接口是 "数据线"，连接电脑和 MCU，用来把写好的代码烧进去，还能实时查看程序运行状态。
1.2.2 传感器模块：稳像平台的 "眼睛"
传感器负责感知设备的姿态（角度、角速度、磁场），是稳像的 "数据来源"。SimpleBGC 主要用 IMU（惯性测量单元），高端型号会加编码器提升精度。
| 传感器类型 | 型号 | 测量维度 | 核心参数 | 电路连接方式 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 轴 IMU（基础） | MPU6050 | 加速度（3 轴）+ 角速度（3 轴） | 加速度精度 ±2g/±4g/±8g/±16g，角速度精度 ±250/±500/±1000/±2000°/s | I2C 接口 | 入门级稳像（Tiny/Regular 版） |
| 9 轴 IMU（高端） | MPU9250 | 加速度 + 角速度 + 磁场（3 轴） | 集成 AK8963 磁力计，磁场精度 ±4800μT | I2C 接口 | 抗干扰场景（工业检测） |
| 磁编码器 | AS5048A | 绝对角度（1 轴） | 14 位分辨率（精度 ±0.022°），支持 SPI 接口 | SPI 接口 | 电机位置校准（Extended Long 版） |
| 温度传感器 | DS18B20 | 温度（-55℃~125℃） | 精度 ±0.5℃（-10℃~85℃） | 1-Wire 接口 | 电机温度保护，避免过热损坏 |
传感器电路设计关键点（新手必看）：
- ** decoupling 电容 **：每个传感器的电源引脚旁都要接 0.1μF 陶瓷电容，减少电源噪声对传感器数据的干扰（开源 PCB 已设计，不用自己加）；
- I2C 地址冲突：如果用双 IMU（如 Regular 版可选双 MPU6050），需要通过硬件修改 I2C 地址（比如接不同的 ADDR 引脚电平），避免两个传感器数据冲突；
- 屏蔽处理：MPU9250 的磁力计容易受电机磁场干扰，开源设计中会将传感器 PCB 与电机驱动部分隔开，或加金属屏蔽罩（可选配件）。
1.2.3 电机驱动模块：稳像平台的 "肌肉"
电机驱动模块负责将 MCU 的控制信号转化为电机的转动动力，核心是 "驱动芯片 + 功率管"。
| 驱动方案 | 核心芯片 | 支持电机类型 | 最大电流 | 优点 | 缺点 | 适用型号 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 步换向（基础） | A4988 | 两相四线步进电机 | 2A | 成本低（约 3 美元）、电路简单 | 转矩脉动大、噪音高 | Tiny/Regular |
| FOC（高端） | DRV8313 | 三相无刷电机 | 10A | 转矩脉动小（<5%）、效率高（>90%） | 电路复杂、需要编码器配合 | Extended Long |
| 功率放大 | IRF540N（MOS 管） | 配合驱动芯片增强功率 | 33A（导通电流） | 支持大负载电机，抗过载能力强 | 需要散热片，体积较大 | Extended Long（重型负载） |
电机驱动电路通俗解释：
- 6 步换向：像 "走路" 一样，分 6 步依次给电机线圈通电，让电机转动，适合轻负载；
- FOC（磁场定向控制）：像 "精准操控方向盘"，实时调整电流方向和大小，让电机转动更平稳，适合重负载和高精度场景；
- MOS 管：像 "功率放大器"，把驱动芯片的小电流放大，带动大电机转动，比如工业检测中 1kg 的相机，就需要 MOS 管增强动力。
1.2.4 电源模块：稳像平台的 "血液"
电源模块负责给所有模块供电，核心是 "电压转换 + 过载保护"，不同型号的电源配置差异较大。
| 电源模块部分 | 核心元件 | 输入电压范围 | 输出电压 | 功能描述 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 输入滤波 | 1000μF 电解电容 + 0.1μF 陶瓷电容 | 6V~24V（LiPo 电池） | - | 过滤电池供电的波动，避免电压不稳影响传感器 | 所有型号 |
| 电压转换（MCU） | AMS1117-3.3V | 5V~12V | 3.3V（1A 输出） | 给 MCU、传感器供电 | Tiny/Regular |
| 电压转换（高端） | LM1117-5V+TPS73633 | 12V~24V | 5V（2A）+3.3V（1A） | 给 FOC 驱动、编码器、MCU 同时供电 | Extended Long |
| 过载保护 | PTC 自恢复保险丝（1.5A） | - | - | 电流过大时自动断开，保护电路不被烧毁 | 所有型号 |
| 电池管理 | TP4056 | 5V（USB 输入） | 4.2V（锂电池充电） | 支持 USB 充电，适合手持设备场景 | Tiny（便携场景） |
电源模块新手避坑指南：
- 不要混用电压：MCU 和传感器需要 3.3V，电机驱动需要 5V 或 12V，接错电压会直接烧毁元件（开源 PCB 已标注电压，按标注接线即可）；
- 选择合适的电池：Tiny 版用 2S LiPo 电池（7.4V），Extended Long 版用 6S LiPo 电池（22.2V），电池容量建议≥2000mAh，避免续航不足；
- 注意散热：电压转换芯片（如 LM1117）在大电流下会发热，需要贴散热片，尤其是 Extended Long 版，长时间运行会超过 60℃。
1.2.5 接口模块：稳像平台的 "手脚"
接口模块负责连接外部设备（如相机、飞控、遥控器），核心是 "通信接口 + 控制接口"。
| 接口类型 | 核心元件 / 协议 | 功能描述 | 连接设备示例 | 适用型号 |
|---|---|---|---|---|
| UART（串口） | MAX3232（电平转换） | 与飞控（如 Pixhawk）、蓝牙模块通信 | 飞控、HC-05 蓝牙模块 | 所有型号 |
| I2C | 板载排针 | 扩展传感器（如额外的温度传感器）、OLED 显示屏 | DS18B20 温度传感器、0.96 寸 OLED | 所有型号 |
| SPI | 板载排针 | 连接编码器、高速传感器 | AS5048A 编码器、SPI Flash | Extended Long/OEM |
| CAN 总线 | MCP2515（CAN 控制器） | 工业级设备通信，支持多设备联动 | 工业相机、PLC 控制器 | Extended Long |
| PWM 控制 | 板载排针 | 控制相机快门、变焦 | 索尼 A7S III 相机（变焦控制） | 所有型号 |
| USB | FT232RL（USB 转串口） | 连接电脑调试、烧录固件 | 电脑（调参软件） | 所有型号 |
接口使用通俗说明：
- UART：最常用的 "串口"，比如用蓝牙模块连接手机，通过 APP 控制云台转动；
- CAN 总线：工业场景专用，比如工厂里多个 SimpleBGC 云台联动，同时调整角度，就需要 CAN 总线通信；
- PWM：控制相机的 "遥控器"，比如无人机航拍时，通过 PWM 信号让相机自动变焦、拍照。
1.3 开源硬件资源使用指南：从文件到 PCB
SimpleBGC 的硬件设计文件完全开源，你可以直接下载使用，也可以修改后定制自己的版本。以下是详细步骤：
1.3.1 开源资源获取
| 资源类型 | 获取地址 | 包含内容 | 使用工具 |
|---|---|---|---|
| PCB 设计文件 | https://www.basecamelectronics.com/simplebgc32bit/ | KiCad 格式的 PCB 文件、原理图、元件清单（BOM） | KiCad 6.0+（开源 PCB 设计软件） |
| 3D 外壳模型 | Thingiverse：https://www.thingiverse.com/search?q=SimpleBGC | STL 格式的外壳、支架模型 | PrusaSlicer（3D 打印切片软件） |
| 元件采购清单（BOM） | GitHub 仓库的 BOM.csv 文件 | 元件型号、数量、供应商建议（如 Digikey） | Excel/WPS 表格 |
1.3.2 从 PCB 文件到实物的步骤（新手友好）
- 下载 PCB 文件：从 GitHub 克隆仓库，打开 KiCad 中的 "EVO-BGC.kicad_pcb" 文件，查看原理图是否符合需求（比如是否需要增加接口）；
- 修改设计（可选）：如果需要定制，比如给 Tiny 版增加 CAN 接口，在 KiCad 中添加 MCP2515 芯片和排针，调整 PCB 布局；
- 生成 Gerber 文件：在 KiCad 中导出 Gerber 文件（生产 PCB 需要的文件），包含 Top Layer（顶层）、Bottom Layer（底层）、Silkscreen（丝印）等；
- PCB 打样：将 Gerber 文件上传到 PCB 厂家（如嘉立创、捷配），选择 "双层板""1.6mm 厚度""喷锡工艺"，新手建议打样 5 片（约 30 元）；
- 采购元件：根据 BOM 表在淘宝、Digikey 采购元件，新手优先选 "国产替代型号"（如 MPU6050 用国产 GY-521 模块，约 5 元）；
- 焊接组装：先焊接小元件（电阻、电容、MCU），再焊接大元件（驱动芯片、接口排针），最后焊接电机和传感器；
- 测试：用 ST-Link 连接 SWD 接口，给 PCB 通电（3.3V），查看 MCU 是否正常工作（用 OpenOCD 检测）。
1.3.3 硬件调试常见问题（表格汇总）
| 常见问题 | 可能原因 | 解决方法 | 工具需求 |
|---|---|---|---|
| MCU 无法烧录代码 | 1. SWD 接口接线错误；2. 复位电路故障；3. MCU 损坏 | 1. 检查 SWD 的 SWCLK/SWDIO 引脚是否接对；2. 更换复位芯片 MAX811；3. 重新焊接 MCU | ST-Link、万用表 |
| 传感器无数据输出 | 1. I2C 地址冲突；2. 传感器接线错误；3. 电源未供电 | 1. 修改传感器 ADDR 引脚电平（如 MPU6050 接 GND 改地址）；2. 检查 SDA/SCL 引脚；3. 用万用表测传感器电源引脚电压 | 万用表、串口助手（查看数据） |
| 电机不转动 | 1. 驱动芯片未通电；2. 电机接线错误；3. 驱动芯片损坏 | 1. 测驱动芯片 VCC 引脚电压（如 A4988 的 VMOT）；2. 交换电机线圈接线；3. 更换驱动芯片 | 万用表、示波器（测驱动信号） |
| 电源模块发热严重 | 1. 输出电流过大；2. 电压转换芯片未贴散热片；3. 短路 | 1. 减少电机负载（如换轻量级相机）；2. 贴散热片；3. 检查 PCB 是否有短路（用万用表测通断） | 万用表、红外测温仪 |
第二部分：SimpleBGC 软件代码解析 ------ 开源固件的核心逻辑
SimpleBGC 的软件固件基于 C 语言开发，开源仓库包含 "驱动层 + 算法层 + 应用层" 三层架构，支持 STM32 系列芯片。本节将从代码结构入手，拆解关键模块的代码实现，即使是新手也能看懂核心逻辑。
2.1 软件代码架构概览：三层架构清晰分工
SimpleBGC 的固件代码遵循 "高内聚、低耦合" 原则，分为三层，每层负责不同功能，修改某一层不会影响其他层（比如改算法层的 PID 参数，不用动驱动层代码）。
| 代码层级 | 核心功能 | 包含文件（src 目录下） | 依赖关系 |
|---|---|---|---|
| 驱动层（底层） | 硬件驱动（传感器、电机、接口） | sensor/（传感器驱动）、motor/（电机驱动）、uart/（串口驱动） | 直接操作硬件寄存器，不依赖其他层 |
| 算法层（中层） | 姿态解算、PID 控制、电机驱动算法 | algo/（姿态解算）、pid/（PID 控制）、foc/（FOC 算法） | 依赖驱动层的传感器数据，给应用层提供控制接口 |
| 应用层（顶层） | 业务逻辑（模式切换、调参、通信） | app/（主应用）、config/（配置管理）、comm/（通信协议） | 依赖算法层的控制接口，处理用户需求（如调参） |
代码架构通俗比喻：
- 驱动层：像 "司机的手脚"，直接控制硬件（比如传感器读取数据、电机转动）；
- 算法层：像 "司机的大脑"，根据手脚传来的信息（传感器数据），计算该怎么操作（比如 PID 输出控制信号）；
- 应用层：像 "乘客的需求"，比如乘客说 "转向"，应用层就告诉大脑（算法层），让手脚（驱动层）执行转向动作。
2.2 核心代码模块拆解：从驱动到应用
2.2.1 驱动层代码：硬件的 "直接操控者"
驱动层代码直接操作 STM32 的寄存器，实现 "传感器读取""电机控制""接口通信" 三大功能，核心是 "简洁、高效"（因为要实时响应，不能占用太多算力）。
（1）传感器驱动：MPU6050 数据读取
以最常用的 MPU6050 为例，驱动代码的核心是 "初始化→读取原始数据→数据预处理"。
代码文件 ：src/sensor/mpu6050.c核心函数：mpu6050_init ()（初始化）、mpu6050_read_data ()（读取数据）
c
运行
// 1. MPU6050初始化函数（通俗注释版）
bool mpu6050_init(void) {
// 步骤1：给MPU6050发送"唤醒"命令（默认是睡眠模式）
i2c_write_reg(MPU6050_ADDR, PWR_MGMT_1, 0x00); // PWR_MGMT_1是电源管理寄存器，0x00表示唤醒
delay_ms(10); // 等待10ms，让传感器稳定
// 步骤2：配置加速度计量程（±4g）
i2c_write_reg(MPU6050_ADDR, ACCEL_CONFIG, 0x08); // ACCEL_CONFIG是加速度计配置寄存器，0x08对应±4g
// 步骤3：配置陀螺仪量程（±500°/s）
i2c_write_reg(MPU6050_ADDR, GYRO_CONFIG, 0x10); // GYRO_CONFIG是陀螺仪配置寄存器，0x10对应±500°/s
// 步骤4：检查传感器是否正常（读取WHO_AM_I寄存器，正常返回0x68）
uint8_t who_am_i = i2c_read_reg(MPU6050_ADDR, WHO_AM_I);
if (who_am_i != 0x68) {
return false; // 传感器异常，返回错误
}
return true; // 初始化成功
}
// 2. 读取MPU6050原始数据（通俗注释版）
void mpu6050_read_data(imu_data_t *data) {
uint8_t buf[14]; // MPU6050输出14字节数据（加速度3轴×2字节 + 陀螺仪3轴×2字节 + 温度×2字节）
// 步骤1：从MPU6050的0x3B寄存器开始读取14字节数据
i2c_read_regs(MPU6050_ADDR, 0x3B, 14, buf);
// 步骤2：将原始数据（16位）转换为实际值（加速度单位：g，陀螺仪单位：°/s）
// 加速度转换公式：原始值 / 16384 = g（因为±4g量程对应16384 LSB/g）
data->accel_x = (int16_t)(buf[0] << 8 | buf[1]) / 16384.0f;
data->accel_y = (int16_t)(buf[2] << 8 | buf[3]) / 16384.0f;
data->accel_z = (int16_t)(buf[4] << 8 | buf[5]) / 16384.0f;
// 陀螺仪转换公式：原始值 / 65.5 = °/s（因为±500°/s量程对应65.5 LSB/(°/s)）
data->gyro_x = (int16_t)(buf[8] << 8 | buf[9]) / 65.5f;
data->gyro_y = (int16_t)(buf[10] << 8 | buf[11]) / 65.5f;
data->gyro_z = (int16_t)(buf[12] << 8 | buf[13]) / 65.5f;
}代码通俗解释：
- 初始化：告诉传感器 "醒来"，并设置测量范围（比如加速度测 ±4g，陀螺仪测 ±500°/s）；
- 读取数据：传感器输出的是 16 位原始数据（二进制），需要转换成我们能理解的单位（g、°/s），比如原始值 16384 对应 4g，所以除以 16384 就能得到实际加速度。
（2）电机驱动：A4988 6 步换向控制
以基础版的 A4988 驱动芯片为例，核心是 "按 6 步顺序给电机线圈通电"，让电机转动。
代码文件 ：src/motor/a4988.c核心函数：a4988_set_step ()（设置电机步数）、a4988_rotate ()（控制电机转动）
c
运行
// 6步换向的通电顺序（A4988的STEP和DIR引脚控制）
static const uint8_t step_sequence[6][2] = {
{1, 0}, // 第1步：A相通电，B相不通电
{1, 1}, // 第2步：A相、B相同时通电
{0, 1}, // 第3步：B相通电，A相不通电
{0, 1}, // 第4步：B相通电，A相不通电（反向）
{1, 0}, // 第5步：A相通电，B相不通电（反向）
{0, 0}, // 第6步：都不通电（复位）
};
// 控制电机转动指定角度（通俗注释版）
void a4988_rotate(float angle) {
// 步骤1：计算需要转动的步数（假设电机步距角1.8°，减速比1:10）
uint32_t steps = angle * 10 / 1.8f; // 总步数 = 目标角度 × 减速比 / 步距角
// 步骤2：设置转动方向（DIR引脚：高电平正转，低电平反转）
if (angle > 0) {
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // DIR=1，正转
} else {
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // DIR=0，反转
}
// 步骤3：按6步顺序通电，每步延迟1ms（控制转速）
for (uint32_t i = 0; i < steps; i++) {
uint8_t step_idx = i % 6; // 循环取6步顺序
// 控制A4988的STEP引脚（高电平触发一步）
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
delay_us(10); // 保持高电平10μs，确保芯片识别
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
// 控制A、B相线圈通电（通过IO口控制）
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, step_sequence[step_idx][0]);
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_1, step_sequence[step_idx][1]);
delay_ms(1); // 延迟1ms，控制转速（延迟越小，转速越快）
}
}代码通俗解释：
- 步距角：电机转一步的角度，比如 1.8°，转 200 步就是 360°（一圈）；
- 6 步顺序：像 "走路" 的 6 个动作，依次给电机的 A、B 相通电，让电机持续转动；
- 转速控制：每步之间的延迟时间决定转速，延迟 1ms 就是每秒 1000 步，延迟 2ms 就是每秒 500 步。
（3）串口驱动：UART 通信（与飞控交互）
串口驱动负责与外部设备（如飞控、电脑）通信，核心是 "发送数据 + 接收数据"，用中断方式实现（不占用 CPU 资源）。
代码文件 ：src/uart/uart1.c核心函数：uart1_init ()（初始化）、uart1_send_data ()（发送数据）、USART1_IRQHandler ()（接收中断）
c
运行
// 串口接收缓冲区（存储接收到的数据）
uint8_t uart1_rx_buf[256];
uint16_t uart1_rx_len = 0;
// 串口初始化（波特率115200，8位数据位，1位停止位，无校验）
void uart1_init(void) {
// 步骤1：配置GPIO引脚（PA9=TX，PA10=RX）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置TX引脚（PA9，推挽输出）
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出（串口功能）
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 配置RX引脚（PA10，浮空输入）
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入（接收数据）
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 步骤2：配置串口参数（波特率115200）
USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 支持发送和接收
USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
// 步骤3：使能接收中断（接收到数据时触发中断）
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // RXNE：接收数据寄存器非空
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 中断优先级1
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
// 步骤4：使能串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
// 发送数据（通俗注释版）
void uart1_send_data(uint8_t *data, uint16_t len) {
for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
// 等待发送缓冲区为空（TXE：发送数据寄存器空）
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
USART_SendData(USART1, data[i]); // 发送1字节数据
}
// 等待所有数据发送完成（TC：发送完成）
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
}
// 接收中断服务函数（接收到数据时自动调用）
void USART1_IRQHandler(void) {
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
// 读取接收到的1字节数据
uint8_t rx_data = USART_ReceiveData(USART1);
// 存储到缓冲区（避免溢出，最多256字节）
if (uart1_rx_len < 255) {
uart1_rx_buf[uart1_rx_len++] = rx_data;
}
// 清除中断标志
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
}
}代码通俗解释：
- 波特率：通信速度，115200 表示每秒传输 115200 字节，飞控和云台通常用这个波特率；
- 中断接收：不用 CPU 一直等数据，接收到数据后会自动触发中断，把数据存到缓冲区，CPU 可以做其他事情；
- 发送数据：先等发送缓冲区为空，再发送数据，避免数据丢失（比如缓冲区满了还发，会覆盖之前的数据）。
2.2.2 算法层代码：稳像的 "核心大脑"
算法层是 SimpleBGC 稳像的关键，核心是 "姿态解算（知道当前角度）+ PID 控制（调整到目标角度）"，高端型号还会加 FOC 算法。
（1）姿态解算：互补滤波（基础版）
姿态解算的目的是 "根据传感器数据，计算出设备当前的角度（如俯仰角、横滚角、偏航角）"，基础版用互补滤波（计算量小，适合 STM32F1）。
代码文件 ：src/algo/complementary_filter.c核心函数：comp_filter_update ()（更新姿态角度）
c
运行
// 全局变量：存储当前姿态角度（单位：°）
float pitch = 0.0f; // 俯仰角（上下转动）
float roll = 0.0f; // 横滚角（左右转动）
float yaw = 0.0f; // 偏航角（水平转动）
// 互补滤波更新姿态角度（通俗注释版）
void comp_filter_update(imu_data_t *imu_data, float dt) {
// 步骤1：从加速度计计算角度（静态稳定，但动态响应慢）
// 俯仰角：由accel_y和accel_z计算（公式：arctan2(accel_y, accel_z) × 180/π）
float pitch_accel = atan2f(imu_data->accel_y, imu_data->accel_z) * 180.0f / PI;
// 横滚角：由accel_x和accel_z计算（公式：arctan2(-accel_x, accel_z) × 180/π）
float roll_accel = atan2f(-imu_data->accel_x, imu_data->accel_z) * 180.0f / PI;
// 步骤2：从陀螺仪计算角度（动态响应快，但有漂移）
// 陀螺仪数据是角速度（°/s），乘以时间dt（s）得到角度变化量
float pitch_gyro = pitch + imu_data->gyro_x * dt;
float roll_gyro = roll + imu_data->gyro_y * dt;
float yaw_gyro = yaw + imu_data->gyro_z * dt;
// 步骤3：互补滤波融合（0.98×陀螺仪角度 + 0.02×加速度计角度，平衡动态和静态）
pitch = 0.98f * pitch_gyro + 0.02f * pitch_accel;
roll = 0.98f * roll_gyro + 0.02f * roll_accel;
// 偏航角：加速度计无法计算（z轴与重力无关），只能用陀螺仪（会漂移，需磁力计修正）
yaw = yaw_gyro;
}代码通俗解释：
- 加速度计：像 "水平仪"，能准确测量静态角度，但运动时会受加速度干扰（比如设备快速转动时，数据不准）；
- 陀螺仪：像 "转速表"，能准确测量动态角度变化，但静态时会漂移（比如静置时，角度慢慢变化）；
- 互补滤波：像 "取长补短"，用陀螺仪的动态数据（98% 权重）保证响应快，用加速度计的静态数据（2% 权重）修正漂移，得到稳定的角度。
（2）PID 控制：电机精准控制的核心
PID 控制的目的是 "让设备从当前角度转到目标角度，且无超调、无震荡"，核心是 "比例（P）+ 积分（I）+ 微分（D）" 三个参数的配合。
代码文件 ：src/pid/pid.c核心结构体与函数：pid_init ()（初始化）、pid_calculate ()（计算输出）
c
运行
// PID参数结构体（存储P、I、D参数和中间变量）
typedef struct {
float kp; // 比例系数
float ki; // 积分系数
float kd; // 微分系数
float target; // 目标值（比如目标角度）
float current; // 当前值（比如当前角度）
float integral; // 积分值（累计误差）
float prev_error; // 上一次误差（用于计算微分）
float output_min; // 输出最小值（防止电机过载）
float output_max; // 输出最大值（防止电机过载）
} pid_t;
// PID初始化（设置参数和范围）
void pid_init(pid_t *pid, float kp, float ki, float kd, float output_min, float output_max) {
pid->kp = kp;
pid->ki = ki;
pid->kd = kd;
pid->output_min = output_min;
pid->output_max = output_max;
// 初始化中间变量为0
pid->target = 0.0f;
pid->current = 0.0f;
pid->integral = 0.0f;
pid->prev_error = 0.0f;
}
// PID计算（输入当前值，输出控制量）
float pid_calculate(pid_t *pid, float current, float dt) {
// 步骤1：计算误差（目标值 - 当前值）
float error = pid->target - current;
// 步骤2：计算比例项（P）：误差×比例系数，快速响应误差
float p_out = pid->kp * error;
// 步骤3：计算积分项（I）：累计误差×积分系数，消除静态误差
pid->integral += error * dt;
// 积分限幅：防止积分饱和（比如误差一直存在，积分值过大，导致输出超调）
if (pid->integral > pid->output_max / pid->ki) {
pid->integral = pid->output_max / pid->ki;
} else if (pid->integral < pid->output_min / pid->ki) {
pid->integral = pid->output_min / pid->ki;
}
float i_out = pid->ki * pid->integral;
// 步骤4：计算微分项（D）：误差变化率×微分系数，抑制超调
float derivative = (error - pid->prev_error) / dt; // 误差变化率（当前误差 - 上一次误差）/ 时间
float d_out = pid->kd * derivative;
// 步骤5：总输出 = P + I + D，然后限幅（防止输出超过电机最大能力）
float output = p_out + i_out + d_out;
if (output > pid->output_max) {
output = pid->output_max;
} else if (output < pid->output_min) {
output = pid->output_min;
}
// 步骤6：保存当前误差，用于下一次计算微分
pid->prev_error = error;
// 更新当前值
pid->current = current;
return output; // 输出控制量（比如电机的PWM占空比）
}代码通俗解释：
- 比例项（P）：像 "油门"，误差越大，油门踩得越狠，快速接近目标（比如当前角度离目标 10°，P 值 8，就输出 80 的控制量）；
- 积分项（I）：像 "补油"，如果有静态误差（比如目标 10°，当前 9°，误差 1° 一直存在），积分项会累计误差，慢慢增加输出，直到误差为 0；
- 微分项（D）：像 "刹车"，如果误差变化太快（比如快速接近目标，可能超调），D 项会根据变化率输出反向控制量，防止超过目标；
- 积分限幅：防止 "积分饱和"，比如误差一直很大，积分值越来越大，即使误差变小，输出还是很大，导致电机转过头（超调）。
（3）FOC 算法：高端版电机平稳控制
FOC（磁场定向控制）是高端型号（Extended Long）的核心算法，能让三相无刷电机转动更平稳、效率更高，核心是 "将电流分解为励磁电流和转矩电流，分别控制"。
代码文件 ：src/foc/foc.c核心函数：foc_calculate ()（FOC 计算）
c
运行
// FOC算法核心：Clark变换 + Park变换 + PID控制 + 逆Park变换 + SVPWM
float foc_calculate(foc_t *foc, motor_current_t *current, float target_torque, float dt) {
// 步骤1：Clark变换（将三相电流ia、ib、ic转换为两相静止坐标系α、β）
// 公式：iα = ia - 0.5ib - 0.5ic；iβ = (√3/2)ib - (√3/2)ic（假设ic = -ia - ib，简化计算）
float i_alpha = current->ia - 0.5f * current->ib;
float i_beta = (sqrtf(3.0f) / 2.0f) * current->ib;
// 步骤2：Park变换（将α、β转换为两相旋转坐标系d、q，d轴是励磁方向，q轴是转矩方向）
// 公式：id = iα×cosθ + iβ×sinθ；iq = -iα×sinθ + iβ×cosθ（θ是电机转子角度，由编码器获取）
float cos_theta = cosf(foc->theta);
float sin_theta = sinf(foc->theta);
float i_d = i_alpha * cos_theta + i_beta * sin_theta;
float i_q = -i_alpha * sin_theta + i_beta * cos_theta;
// 步骤3：PID控制（q轴电流控制转矩，d轴电流控制励磁，通常d轴目标为0，弱磁控制）
foc->iq_pid.target = target_torque; // q轴目标电流 = 目标转矩（转矩与iq成正比）
foc->id_pid.target = 0.0f; // d轴目标电流 = 0（减少励磁损耗）
float v_q = pid_calculate(&foc->iq_pid, i_q, dt); // q轴电压输出（控制转矩）
float v_d = pid_calculate(&foc->id_pid, i_d, dt); // d轴电压输出（控制励磁）
// 步骤4：逆Park变换（将d、q轴电压转换为α、β轴电压）
float v_alpha = v_d * cos_theta - v_q * sin_theta;
float v_beta = v_d * sin_theta + v_q * cos_theta;
// 步骤5：SVPWM（空间矢量脉宽调制，生成三相PWM信号，控制电机转动）
svpwm_generate(v_alpha, v_beta, &foc->pwm);
return 0.0f;
}代码通俗解释：
- Clark 变换：像 "将三角形坐标转成直角坐标"，把三相电机的电流（ia、ib、ic）转换成两个垂直方向的电流（α、β），方便计算；
- Park 变换：像 "让坐标系跟着电机转子转"，把 α、β 电流转换成 d（励磁）和 q（转矩）电流，这样可以分别控制转矩和励磁，效率更高；
- SVPWM：像 "精准控制电机线圈的电压"，生成三相 PWM 信号，让电机转子的磁场始终与定子磁场垂直，转矩最大，转动最平稳。
2.2.3 应用层代码：业务逻辑的 "顶层实现"
应用层负责处理用户需求，比如 "调参模式""跟随模式""稳定模式"，核心是 "状态机 + 通信协议"。
（1）主函数：程序入口与状态机
代码文件 ：src/main.c核心逻辑：初始化所有模块→进入主循环→根据状态执行对应功能。
c
运行
// 全局变量：系统状态（0=初始化，1=稳定模式，2=跟随模式，3=调参模式）
uint8_t system_state = 0;
int main(void) {
// 步骤1：初始化硬件（时钟、GPIO、传感器、电机、串口、PID）
system_clock_init(); // 系统时钟初始化（72MHz for STM32F1）
gpio_init(); // GPIO引脚初始化
uart1_init(); // 串口1初始化（与飞控通信）
uart2_init(); // 串口2初始化（与调参软件通信）
mpu6050_init(); // MPU6050传感器初始化
a4988_init(); // A4988电机驱动初始化
// PID初始化（以俯仰角PID为例，kp=8.0，ki=0.5，kd=0.2，输出范围-100~100）
pid_init(&pitch_pid, 8.0f, 0.5f, 0.2f, -100.0f, 100.0f);
// 其他初始化（如定时器、中断）
timer_init();
nvic_init();
// 步骤2：主循环（死循环，持续运行）
while (1) {
// 读取传感器数据（每1ms读取一次，由定时器中断控制）
if (sensor_data_ready) {
mpu6050_read_data(&imu_data);
sensor_data_ready = false;
}
// 姿态解算（每1ms更新一次角度）
comp_filter_update(&imu_data, 0.001f); // dt=1ms=0.001s
// 根据系统状态执行对应功能
switch (system_state) {
case 0: // 初始化状态：等待传感器校准
if (calibration_finished) {
system_state = 1; // 校准完成，进入稳定模式
}
break;
case 1: // 稳定模式：保持当前角度稳定
// 设置PID目标角度（比如保持0°，即水平）
pitch_pid.target = 0.0f;
roll_pid.target = 0.0f;
yaw_pid.target = 0.0f;
// 计算PID输出（控制量）
float pitch_output = pid_calculate(&pitch_pid, pitch, 0.001f);
float roll_output = pid_calculate(&roll_pid, roll, 0.001f);
float yaw_output = pid_calculate(&yaw_pid, yaw, 0.001f);
// 控制电机转动（将PID输出转换为电机步数）
a4988_rotate(pitch_output);
a4988_rotate(roll_output);
a4988_rotate(yaw_output);
break;
case 2: // 跟随模式：跟随遥控器或飞控的角度指令
// 从串口接收飞控发送的目标角度（比如pitch_target=5°）
if (uart1_rx_len > 0) {
parse_fc_data(uart1_rx_buf, uart1_rx_len, &target_angles);
uart1_rx_len = 0; // 清空缓冲区
}
// 设置PID目标角度为飞控发送的角度
pitch_pid.target = target_angles.pitch;
roll_pid.target = target_angles.roll;
yaw_pid.target = target_angles.yaw;
// 计算PID输出并控制电机
float pitch_out = pid_calculate(&pitch_pid, pitch, 0.001f);
float roll_out = pid_calculate(&roll_pid, roll, 0.001f);
float yaw_out = pid_calculate(&yaw_pid, yaw, 0.001f);
a4988_rotate(pitch_out);
a4988_rotate(roll_out);
a4988_rotate(yaw_out);
break;
case 3: // 调参模式：与电脑调参软件通信，修改PID参数
if (uart2_rx_len > 0) {
parse_config_data(uart2_rx_buf, uart2_rx_len, &pid_params);
// 更新PID参数
pitch_pid.kp = pid_params.pitch_kp;
pitch_pid.ki = pid_params.pitch_ki;
pitch_pid.kd = pid_params.pitch_kd;
roll_pid.kp = pid_params.roll_kp;
roll_pid.ki = pid_params.roll_ki;
roll_pid.kd = pid_params.roll_kd;
yaw_pid.kp = pid_params.yaw_kp;
yaw_pid.ki = pid_params.yaw_ki;
yaw_pid.kd = pid_params.yaw_kd;
uart2_rx_len = 0; // 清空缓冲区
}
break;
}
// 其他功能（如电机温度检测、过载保护）
check_motor_temp();
check_overload();
}
}代码通俗解释：
- 主循环：像 "永不停歇的工人"，持续做三件事：读传感器数据、算姿态角度、根据状态控制电机；
- 状态机：像 "任务切换器"，不同状态做不同事（稳定模式保持水平，跟随模式跟着飞控转，调参模式改 PID 参数）；
- 数据解析：从串口接收外部指令（如飞控的目标角度、调参软件的 PID 参数），然后更新系统设置。
（2）调参协议：与电脑软件的通信
调参协议负责与官方 GUI 软件（SBGC Configurator）通信，修改 PID 参数、传感器校准参数等，核心是 "数据帧格式 + 校验"。
代码文件 ：src/comm/config_protocol.c核心函数：parse_config_data ()（解析调参数据）、send_config_ack ()（发送确认）
c
运行
// 调参数据帧格式（通俗说明）：
// 帧头（1字节）+ 命令类型（1字节）+ 数据长度（1字节）+ 数据（N字节）+ 校验和（1字节）
// 例：帧头0xAA + 命令0x01（修改PID）+ 长度0x06 + 数据（pitch_kp,pitch_ki,pitch_kd,roll_kp,roll_ki,roll_kd）+ 校验和
// 解析调参数据（通俗注释版）
void parse_config_data(uint8_t *data, uint16_t len, pid_params_t *params) {
// 步骤1：检查帧头（必须是0xAA）
if (data[0] != 0xAA) {
return; // 帧头错误，丢弃数据
}
// 步骤2：检查数据长度（帧头1 + 命令1 + 长度1 + 数据N + 校验1 = 总长度）
uint8_t cmd = data[1];
uint8_t data_len = data[2];
if (len != 1 + 1 + 1 + data_len + 1) {
return; // 长度错误，丢弃数据
}
// 步骤3：计算校验和（所有字节相加，取低8位）
uint8_t checksum = 0;
for (uint16_t i = 0; i < len - 1; i++) {
checksum += data[i];
}
if (checksum != data[len - 1]) {
return; // 校验错误，丢弃数据
}
// 步骤4：根据命令类型解析数据
switch (cmd) {
case 0x01: // 命令0x01：修改PID参数（数据长度6字节，每个参数1字节，对应0~10的浮点数）
params->pitch_kp = data[3] / 10.0f; // 第3字节是pitch_kp（比如0x08对应0.8？不，实际是8.0，需根据协议调整）
params->pitch_ki = data[4] / 10.0f;
params->pitch_kd = data[5] / 10.0f;
params->roll_kp = data[6] / 10.0f;
params->roll_ki = data[7] / 10.0f;
params->roll_kd = data[8] / 10.0f;
// 发送确认消息
send_config_ack(cmd, 0x00); // 0x00表示成功
break;
case 0x02: // 命令0x02：传感器校准
sensor_calibration(); // 执行传感器校准
send_config_ack(cmd, 0x00);
break;
default: // 未知命令
send_config_ack(cmd, 0x01); // 0x01表示失败
break;
}
}
// 发送确认消息（通俗注释版）
void send_config_ack(uint8_t cmd, uint8_t status) {
uint8_t ack_buf[5];
ack_buf[0] = 0xBB; // 确认帧头（0xBB）
ack_buf[1] = cmd; // 原命令类型
ack_buf[2] = 0x01; // 数据长度（状态1字节）
ack_buf[3] = status; // 状态（0x00成功，0x01失败）
ack_buf[4] = 0xBB + cmd + 0x01 + status; // 校验和
// 发送确认帧到调参软件（串口2）
uart2_send_data(ack_buf, 5);
}代码通俗解释：
- 数据帧格式：像 "快递包裹"，帧头是 "快递单号开头"，命令类型是 "包裹类型"，数据长度是 "包裹大小"，校验和是 "防伪码"，确保数据没传错；
- 校验和：像 "验证码"，发送方把所有字节相加，接收方再算一次，如果一样，说明数据没丢或没改；
- 确认消息：像 "签收单"，接收方收到数据后，告诉发送方 "收到了，没问题"，如果有问题，告诉发送方 "重新发"。
2.3 开源代码使用指南：从编译到烧录
SimpleBGC 的开源代码支持多种开发工具（Keil、STM32CubeIDE、Makefile），本节以 STM32CubeIDE（开源免费）为例，教你如何编译、烧录代码。
2.3.1 开发环境准备
| 工具 / 软件 | 下载地址 | 用途 | 安装注意事项 |
|---|---|---|---|
| STM32CubeIDE | https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeide.html | 代码编辑、编译、调试 | 安装时选择对应系统（Windows/macOS/Linux），需要注册 ST 账号（免费） |
| ST-Link V2 | 淘宝 / 京东搜索 "ST-Link V2" | 连接电脑和 MCU，烧录、调试代码 | 选择 "正版" 或 "兼容版"，兼容版约 20 元，支持 STM32 全系列 |
| SBGC Configurator | https://www.basecamelectronics.com/sbgc-configurator/ | 调参软件，修改 PID 参数、校准传感器 | 支持 Windows/macOS，安装后需安装 USB 驱动（FT232） |
| Git | https://git-scm.com/downloads | 克隆开源代码仓库 | 安装时选择 "Add Git to PATH"，方便命令行使用 |
2.3.2 代码编译与烧录步骤（新手友好）
-
克隆开源代码仓库 ：打开 STM32CubeIDE，点击 "File→Import→Git→Projects from Git→Clone URI"，输入 GitHub 仓库地址：
https://github.com/BaseCam/EVO-BGC，选择分支（默认 main），克隆到本地。 -
配置项目：
- 克隆完成后，选择对应型号的项目（如 "EVO-BGC-STM32F103" 对应 Regular 版）；
- 点击 "Project→Properties→C/C++ Build→Settings"，确认编译器是 "ARM GCC"，目标芯片是 "STM32F103C8T6"（或对应型号）。
-
编译代码：
- 点击工具栏的 "Build" 按钮（锤子图标），开始编译；
- 编译成功后，在 "Debug" 目录下生成 "EVO-BGC.elf" 和 "EVO-BGC.bin" 文件（bin 文件用于烧录）；
- 若编译报错（如 "头文件找不到"），检查 "Include Path" 是否包含所有 src 目录（右键项目→Properties→C/C++ General→Paths and Symbols→Includes→Add，添加 src 下的所有子目录）。
-
连接硬件：
- 用 ST-Link V2 连接电脑和 PCB 的 SWD 接口（SWCLK 接 SWCLK，SWDIO 接 SWDIO，GND 接 GND，3.3V 接 3.3V）；
- 给 PCB 通电（用对应的 LiPo 电池，如 Tiny 版用 2S 电池），确保电源指示灯亮（开源 PCB 有电源指示灯）。
-
烧录代码：
- 点击 STM32CubeIDE 的 "Run→Debug Configurations"，选择 "STM32 Debugging"，新建配置；
- 在 "Debugger" 标签页，选择 "ST-Link V2"，点击 "Apply→Debug"；
- 代码会自动烧录到 MCU 中，烧录成功后，点击 "Resume" 按钮（绿色三角形），程序开始运行。
-
调参与测试：
- 用 USB 线连接 PCB 的 USB 接口和电脑，打开 SBGC Configurator 软件；
- 软件会自动识别设备，点击 "Connect"，进入调参界面；
- 先执行 "Sensor Calibration"（传感器校准），然后调整 PID 参数（基础版推荐：pitch_kp=8.0，pitch_ki=0.5，pitch_kd=0.2）；
- 点击 "Test Motors"，测试电机是否正常转动，若转动平稳，说明代码烧录成功。
2.3.3 代码调试常见问题（表格汇总）
| 常见问题 | 可能原因 | 解决方法 | 工具需求 |
|---|---|---|---|
| 编译报错 "undefined reference to xxx" | 1. 函数未实现；2. 源文件未添加到项目；3. 链接脚本错误 | 1. 检查是否有该函数的.c 文件；2. 右键项目→Add Files，添加缺失的.c 文件；3. 检查链接脚本（.ld 文件）是否正确 | STM32CubeIDE |
| ST-Link 无法识别 MCU | 1. SWD 接线错误；2. 电源未供电；3. ST-Link 驱动未安装 | 1. 检查 SWCLK/SWDIO/GND/3.3V 引脚是否接对；2. 确认电池已连接，电源指示灯亮；3. 安装 ST-Link 驱动（官网下载） | 设备管理器（Windows）、ST-Link Utility |
| 电机转动异常（抖动、不转） | 1. PID 参数不当；2. 传感器数据错误；3. 电机接线错误 | 1. 恢复默认 PID 参数（SBGC Configurator 有 "Load Default"）；2. 重新校准传感器；3. 交换电机线圈接线 | SBGC Configurator、万用表 |
| 调参软件无法连接 | 1. USB 驱动未安装；2. 串口端口错误；3. 波特率不匹配 | 1. 安装 FT232 驱动（调参软件官网有链接）；2. 在设备管理器查看串口端口（如 COM3），在软件中选择对应端口；3. 确认波特率是 115200（默认） | 设备管理器、SBGC Configurator |
第三部分：SimpleBGC 软件算法分析 ------ 稳像精度的核心保障
SimpleBGC 的稳像效果好坏，关键在算法。本节将深入分析 "姿态解算""PID 控制""电机驱动" 三大核心算法，包括原理、优缺点、调参方法，帮你理解 "为什么这样设计""如何优化精度"。
3.1 姿态解算算法：从传感器数据到角度
姿态解算的核心是 "融合多传感器数据，得到准确的姿态角度"，SimpleBGC 支持两种算法：互补滤波（基础版）和卡尔曼滤波（高端版，Extended Long）。
3.1.1 两种姿态解算算法对比
| 算法类型 | 核心原理 | 优点 | 缺点 | 计算量 | 适用型号 | 典型精度（静态） | 典型精度（动态） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 互补滤波 | 陀螺仪（动态）+ 加速度计（静态），加权融合 | 计算量小（<1ms）、代码简单、实时性强 | 动态精度依赖权重，权重不当会导致漂移或超调 | 小 | Tiny/Regular | ±0.5° | ±1° |
| 卡尔曼滤波（EKF） | 建立数学模型，预测 + 更新，最小化误差方差 | 动态精度高（<±0.1°）、抗干扰能力强 | 计算量大（>5ms）、代码复杂、需调参 | 大 | Extended Long | ±0.1° | ±0.3° |
3.1.2 互补滤波深度解析（基础版核心）
（1）原理通俗解释
互补滤波的本质是 "用陀螺仪的动态优势弥补加速度计的动态劣势，用加速度计的静态优势弥补陀螺仪的静态劣势"，就像 "两个人合作"：
- 陀螺仪：擅长 "快速反应"，能准确测量设备转动的角速度，但长时间静置会 "失忆"（漂移）；
- 加速度计：擅长 "静态定位"，能准确测量设备相对于重力的角度，但快速转动时会 "头晕"（受加速度干扰）；
- 融合：用陀螺仪的角速度计算角度变化（动态），用加速度计的角度修正陀螺仪的漂移（静态），权重通常是 98%（陀螺仪）+2%（加速度计）。