SPI通信 - 技术栈

从寄存器到加速度值：SPI 驱动 ADXL345 的完整实践

ADXL345 是 ADI 推出的一款低功耗、高分辨率三轴数字加速度传感器，支持 I²C 和 SPI 两种接口。SPI 模式下它的最高时钟可达 5MHz，全双工、时序确定，很适合做实时加速度采集、振动检测、姿态识别等嵌入式项目。

硬件连接

ADXL345 通常使用 3.3V 供电，注意不要直接接 5V。

ADXL345	MCU
VCC	3.3V
GND	GND
CS	GPIO 片选
SCLK	SPI_SCK
SDI / MOSI	SPI_MOSI
SDO / MISO	SPI_MISO

SPI 模式下 CS 必须由主机控制。通信开始时拉低，结束时拉高。

SPI 时序配置

ADXL345 的 SPI 使用 Mode 3：

CPOL = 1：时钟空闲时为高电平
CPHA = 1：数据在第二个时钟边沿采样
MSB 先发
最高 SPI 时钟 5MHz

如果用 STM32 HAL 配置，大致是：

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hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;
hspi.Init.CLKPhase    = SPI_PHASE_2EDGE;
hspi.Init.Mode        = SPI_MODE_MASTER;
hspi.Init.DataSize    = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi.Init.NSS         = SPI_NSS_SOFT;

SPI 读写协议

ADXL345 的寄存器地址字节有固定规则：

bit7 = 1：读操作
bit7 = 0：写操作
bit6 = 1：多字节连续读写
bit6 = 0：单字节操作

所以读寄存器 0x32 时，发送的地址字节是：

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0x32 | 0x80 = 0xB2

如果要连续读取 X/Y/Z 三轴数据，从 0x32 开始读 6 个字节，地址字节就是：

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0x32 | 0x80 | 0x40 = 0xF2

读写函数示例

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void ADXL345_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t data)
{
    CS_LOW();
    SPI_Transfer(reg & 0x3F);   // bit7=0 表示写
    SPI_Transfer(data);
    CS_HIGH();
}

uint8_t ADXL345_ReadReg(uint8_t reg)
{
    CS_LOW();
    SPI_Transfer(reg | 0x80);   // bit7=1 表示读
    uint8_t value = SPI_Transfer(0xFF); // 发送 dummy 字节产生时钟
    CS_HIGH();
    return value;
}

SPI 是全双工总线，主机每发送一个字节都会同时收到一个字节。所以读操作时也要发送 dummy 数据来提供时钟。

初始化流程

建议按这个顺序配置：

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// 1. 验证器件 ID
uint8_t id = ADXL345_ReadReg(0x00); // 应返回 0xE5

// 2. 设置数据格式：±16g，全分辨率，4 线 SPI
ADXL345_WriteReg(0x31, 0x0B);

// 3. 设置输出数据速率：100Hz
ADXL345_WriteReg(0x2C, 0x0A);

// 4. 进入测量模式
ADXL345_WriteReg(0x2D, 0x08);

0x31 寄存器决定量程和对齐方式；0x2C 决定输出数据速率；0x2D 的 bit3 置 1 后才会真正开始测量。

读取三轴加速度

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void ADXL345_ReadAccel(int16_t *x, int16_t *y, int16_t *z)
{
    uint8_t buf[6];

    CS_LOW();
    SPI_Transfer(0xF2);           // 连续读取 0x32~0x37
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        buf[i] = SPI_Transfer(0xFF);
    }
    CS_HIGH();

    *x = (int16_t)((buf[1] << 8) | buf[0]);
    *y = (int16_t)((buf[3] << 8) | buf[2]);
    *z = (int16_t)((buf[5] << 8) | buf[4]);
}

ADXL345 的三轴数据是小端格式：低字节在前，高字节在后。

数据换算

全分辨率模式下，数据是 16 位有符号补码。±16g 时灵敏度约为：

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3.9 mg/LSB = 0.0039 g/LSB

所以：

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float ax_g = x_raw * 0.0039f;
float ay_g = y_raw * 0.0039f;
float az_g = z_raw * 0.0039f;

如果配置为 ±2g，灵敏度会不同，需要根据 DATA_FORMAT 寄存器重新计算。

调试建议

上电后先读 0x00 寄存器，确认返回 0xE5。
如果读出来是 0x00 或 0xFF，优先检查 CS、SCLK、MOSI、MISO 接线。
确认 SPI 模式是 Mode 3，而不是常见的 Mode 0。
确认 CS 在每次传输前后正确拉低、拉高。
确认 POWER_CTL 寄存器已经写入 0x08，否则传感器不会输出测量数据。

小结

SPI 驱动 ADXL345 的关键不在代码量，而在几个细节：Mode 3 时序、读写位和多字节位、CS 控制、小端数据拼接、量程换算。把这些点理顺后，后续接 FIFO、中断、DMA 或者做姿态解算都会更顺手。