STM32C5开发LSM6DSR(4)----高级计步器、步数检测与步数计数

STM32C5开发LSM6DSR .4--高级计步器、步数检测与步数计数

概述
视频教学
样品申请
源码下载
硬件准备
参考程序
串口配置
IIC配置
CS和SA0设置
INT设置
生成项目
导入STM32CubeIDE
设置工程编码
添加头文件
[printf 重定向](#printf 重定向)
参考程序
CMake设置
头文件设置
初始化管脚
变量定义
获取ID
复位传感器
BDU设置
配置输出数据率与测量量程
外部中断回调函数
中断配置
开启内部计步器
主程序
演示

.4--高级计步器、步数检测与步数计数)

概述

本章将在前面外部中断配置的基础上，使能计步器并设置 Debounce 参数，将 Step Detector 事件映射至 INT1；当检测到有效步数后，由 STM32C542 响应外部中断并读取芯片内部 Step Counter，实现步数检测与实时计数。

需要样片的可以加qun申请：925643491 / 615061293 。

视频教学

<bilibili.com/video/BV1GzpA6XEFV/>

样品申请

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

源码下载

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/93681090

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。

主控为STM32C542CC，陀螺仪为LSM6DSR，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_LSM6DSR_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542_LSM6DSR_LIS2MDL

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

在左侧 Peripherals 中选择 Connectivity → USART1
Mode 选择 Async，表示配置为异步串口模式
Function used by the component 显示为 UART，说明 USART1 在异步模式下使用 UART HAL 驱动
串口参数配置为：115200 波特率、8 位数据位、无校验、1 位停止位、收发模式

GPIO Tx：USART1_TX 选择 PA9
GPIO Rx：USART1_RX 选择 PA10
PA9 / PA10 均配置为 Alternate 复用功能模式
Pull 选择 No pull-up and no pull-down，Output type 选择 Push pull，Speed 选择 Low

IIC配置

STM32C542CCT6通过扩展接口与传感器模块连接，其中PB6作为I²C时钟线SCL，PB7作为I²C数据线SDA

首先在 STM32CubeMX2 中进入 Peripherals 外设配置页面，在 Connectivity 分类中选择 I2C1，并将 I2C1 外设使能。

如图所示，本实验的 I2C1 配置步骤如下：

点击左侧 Peripherals 外设配置入口
在 Connectivity 分类中选择 I2C1
将 I2C1 Mode 设置为 I2C，并确认 I2C1 显示为 Active
Speed frequency 设置为 Fast mode - 400 kHz
确认 I2C1 的 GPIO 引脚映射，SCL 为 PB6，SDA 为 PB7

CS和SA0设置

确认I2C 模式选择和地址选择：

CS 需要处于 I2C 模式对应电平

SA0 需要固定为高电平或低电平

将 PA1 和 PB2 配置为普通 GPIO。

在 STM32CubeMX2 的 Pinout 页面中，将 PA1 和 PB2 配置为普通 GPIO。

SA0：用于选择 LSM6DSR 的 I2C 地址

CS：用于选择 LSM6DSR 的通信接口模式

在右侧 Pin signals 中，将对应引脚设置为 GPIO → Configured，表示该引脚将作为普通 GPIO 使用，由用户程序控制输出高低电平。

进入 System → GPIO 配置页面，可以看到 PA1 和 PB2 已经被加入 GPIO 配置列表。

本实验中将 PB2 作为 CS 控制脚 , 将 PA1 作为 SA0 控制脚。

由于板上还集成了 LIS2MDL 磁力计，需要为其单独配置片选信号 CS2。将 PA6 配置为普通 GPIO，作为磁力计的 CS2 控制脚。

在 STM32CubeMX2 的 Pinout 页面中，将 PA6配置为普通 GPIO。

进入 System → GPIO 配置页面， PA6 作为 CS2 控制脚。

INT设置

硬件连接中，IMU 的 INT1（Pin4）连接至 MCU 的 PB0，用于触发陀螺仪数据更新中断。

在 Pinout 页面中，将 PB0 配置为 GPIO 输入，并开启 EXTI 功能。

在 GPIO 配置页面中，PB0 对应 EXTI2 中断线，触发方式选择 Falling edge。

开启 EXTI0 Interrupt，并生成 IRQ Handler。

生成项目

修改配置后，左下角会提示 Click to save，需要先保存当前工程配置
点击左侧 Project settings，进入工程生成设置页面
在 IDE Project Generation 中选择工程格式和工具链，本例选择 CMake + GCC，然后点击 Generate IDE project 生成工程

导入STM32CubeIDE

打开 STM32CubeIDE，点击菜单栏 File
选择 Import...，准备导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程

在 Import 窗口中展开 Import STM32 Project
选择 STM32 CMake Project
点击 Next，进入 CMake 工程路径选择页面

Project name：填写导入到 STM32CubeIDE 中显示的工程名称
Source directory：选择 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程目录
点击 Next，继续完成工程导入

Toolchain：选择 MCU ARM GCC，表示使用 ARM GCC 工具链进行编译
MCU：确认芯片型号为 STM32C542CCTx，与前面 STM32CubeMX2 中选择的 MCU 保持一致
CPU/Core：确认内核为 Cortex-M33，Core 为 0
点击 Finish，完成 CMake 工程导入

设置工程编码

在 Project Explorer 中选中当前工程
点击菜单栏 Project
选择 Properties，进入工程属性设置

在工程属性中选择 Resource
Text file encoding 选择 Other
编码格式输入 GBK
点击 Apply and Close 保存设置

添加头文件

在 main.c 中添加头文件

c 复制代码

#include "mx_usart1.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

printf 重定向

为了让 printf() 输出到 USART1，需要重写 _write() 函数。GCC 工程中，printf() 底层会调用 _write() 输出字符，因此只需要在 _write() 中调用 HAL_UART_Transmit()，就可以把 printf() 的内容通过串口发送出去。

c 复制代码

int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    hal_uart_handle_t *huart1 = mx_usart1_uart_gethandle();

    if (huart1 != NULL)
    {
        HAL_UART_Transmit(huart1, ptr, len, 1000);
    }

    return len;
}

参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dsr-pid

添加对应驱动程序。

CMake设置

把lsm6dsr_reg.c 加入 CMake 编译。

c 复制代码

# Stubs to be able to add compiler flag overrides, e.g. -Os
target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
  # Add additional source files here
  lsm6dsr_reg.c
)

printf 输出浮点数需要额外开启 float printf 支持。

CMake 官方说明 target_link_options() 就是给可执行目标添加 linker options 的命令。

c 复制代码

target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME} PUBLIC
  # Add additional linker flags here
  -u _printf_float
)

头文件设置

添加头文件。

c 复制代码

#include "lsm6dsr_reg.h"

初始化管脚

由于需要向LSM6DSR_I2C_ADD_L写入以及为IIC模式。

所以使能CS为高电平，配置为IIC模式。

配置SA0为低电平。

c 复制代码

	  printf("HELLO\n");
	  HAL_GPIO_WritePin(CS1_PORT, CS1_PIN, HAL_GPIO_PIN_SET);
	  HAL_GPIO_WritePin(SA0_PORT, SA0_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
	  HAL_GPIO_WritePin(CS2_PORT, CS2_PIN, HAL_GPIO_PIN_SET);

变量定义

定义全局变量

c 复制代码

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
#define    BOOT_TIME            10 //ms
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static uint8_t whoamI;
static uint8_t rst;
/* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*
 *   WARNING:
 *   Functions declare in this section are defined at the end of this file
 *   and are strictly related to the hardware platform used.
 */
static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp, uint16_t len);
static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp, uint16_t len);
static void platform_delay(uint32_t ms);
static stmdev_ctx_t dev_ctx;
static volatile uint8_t thread_wake = 0;
/* STM32 HAL expects the 8-bit I2C address.
 * SA0 = 0 -> 0xD5 (see LSM6DSR_I2C_ADD_L). */
#define LSM6DSR_I2C_ADD  LSM6DSR_I2C_ADD_L

static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp, uint16_t len) {
  if (HAL_I2C_MASTER_MemWrite((hal_i2c_handle_t *)handle, LSM6DSR_I2C_ADD, reg,
                              HAL_I2C_MEM_ADDR_8BIT, bufp, len, 1000) != HAL_OK)
    return -1;
  return 0;
}

static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp, uint16_t len) {
  /* NOTE: the 0x80 read bit is only required on the SPI interface.
   * On I2C the register address must be sent as-is. */
  if (HAL_I2C_MASTER_MemRead((hal_i2c_handle_t *)handle, LSM6DSR_I2C_ADD, reg,
                             HAL_I2C_MEM_ADDR_8BIT, bufp, len, 1000) != HAL_OK)
    return -1;
  return 0;
}

static void platform_delay(uint32_t ms) {
  HAL_Delay(ms);
}

在main() 中定义计步器、中断路由和中断配置结构体

c 复制代码

lsm6dsr_pedo_mode_t pedo_mode = LSM6DSR_PEDO_ADV_FALSE_STEP_REJ;
lsm6dsr_pin_int1_route_t pin_int1_route = {0};

uint8_t debounce = 3;
uint16_t step_count = 0;

获取ID

我们可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0x6b。

对应的获取ID驱动程序,如下所示。

c 复制代码

/* Initialize mems driver interface */
dev_ctx.write_reg = platform_write;
dev_ctx.read_reg = platform_read;
dev_ctx.mdelay = platform_delay;
dev_ctx.handle = mx_i2c1_i2c_gethandle();

/* Wait sensor boot time */
platform_delay(BOOT_TIME);

/* Check device ID */
lsm6dsr_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);

printf("LSM6DSR_ID=0x%x,id=0x%x\n",
     LSM6DSR_ID, whoamI);

if (whoamI != LSM6DSR_ID)
    while (1);

复位传感器

该代码首先对传感器进行软件复位。

c 复制代码

/* Perform device power-on-reset */
lsm6dsr_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

do {
    lsm6dsr_reset_get(&dev_ctx, &rst);
} while (rst);

/* Disable I3C interface */
lsm6dsr_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSR_I3C_DISABLE);

BDU设置

在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。

连续更新模式（BDU = '0'）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个"拼凑"的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。

块数据更新（BDU）模式（BDU = '1'）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被"锁定"，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。

简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。

在本实验中，BDU 同样确保读取 Step Counter 时数据稳定，避免读到拼凑的步数值。

可以向CTRL3_C(12h)的BDU寄存器写入1进行开启。

对应的驱动程序,如下所示。

c 复制代码

/* Enable Block Data Update */
lsm6dsr_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

配置输出数据率与测量量程

该代码用于配置加速度计的基本采样参数：

● 将加速度计的输出数据率设置为 52 Hz，每秒产生约 52 组新的传感器数据

● 将加速度计的输出模式设置为高性能模式

● 将加速度计量程设置为 ±2 g。

对应程序如下所示。

c 复制代码

/*
* Pedometer works internally at 26 Hz.
* Accelerometer ODR must be >= 26 Hz.
* Use 52 Hz to feed the algorithm with a faster data stream.
*/
lsm6dsr_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSR_XL_ODR_52Hz);
lsm6dsr_xl_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSR_HIGH_PERFORMANCE_MD);

/* Set accelerometer full scale */
lsm6dsr_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSR_2g);

外部中断回调函数

当 LSM6DSR传感器的 INT1 引脚产生中断信号后，MCU 进入 EXTI 中断处理流程，并调用 HAL_EXTI_TriggerCallback()。

c 复制代码

void HAL_EXTI_TriggerCallback(hal_exti_handle_t *hexti, hal_exti_trigger_t trigger)
{
  (void)hexti;
  (void)trigger;
  thread_wake = 1;
}

中断配置

对 LSM6DSR的中断输出进行配置，将 INT1/INT2 设置为开漏输出并采用低电平有效方式，以配合硬件上的外部上拉电阻和 STM32 PB0 的下降沿外部中断。

c 复制代码

/* Enable latched interrupt notification */
lsm6dsr_int_notification_set(&dev_ctx, LSM6DSR_ALL_INT_LATCHED); // LSM6DSR 的所有中断信号配置为 锁存模式
/* INT1: open-drain + active low (MCU PB0 uses its internal pull-up) */
lsm6dsr_pin_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSR_OPEN_DRAIN);
lsm6dsr_pin_polarity_set(&dev_ctx, LSM6DSR_ACTIVE_LOW);

开启内部计步器

step_counter_enable 开启 Pedometer / Step Counter 功能，之后芯片会根据 Low-G 加速度计数据在内部运行计步算法。传感器的 Pedometer 属于芯片内置的 Embedded Function，可在芯片内部完成步数检测和累计，不需要 STM32 自己分析加速度波形。

c 复制代码

 /* Enable pedometer and select working mode */
lsm6dsr_pedo_sens_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
lsm6dsr_pedo_mode_set(&dev_ctx, pedo_mode);

Debounce 可以理解为连续步数确认阈值，用于避免拿起设备、晃动、碰撞等动作被误认为走路。数据手册中 PEDO_DEB_STEPS_CONF 的默认值是 10，代表需要达到设定的连续步数条件后才确认是一段有效步行；这里改成 3，主要是为了 Demo 时走几步就能较快看到结果。

c 复制代码

/*
* Set pedometer debounce.
*
* Default value = 10 steps.
* Set to 3 steps for easier demonstration.
*/
lsm6dsr_pedo_debounce_steps_set(&dev_ctx, &debounce);

/* Reset step counter */
lsm6dsr_steps_reset(&dev_ctx);

把 Step Detector 事件映射到 INT1。

c 复制代码

/* Route Step Detector event to INT1 */
lsm6dsr_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &pin_int1_route);
pin_int1_route.emb_func_int1.int1_step_detector = PROPERTY_ENABLE;
lsm6dsr_pin_int1_route_set(&dev_ctx, &pin_int1_route);

配置完成后，通过串口提示计步器已启动。

c 复制代码

printf("Pedometer start...\r\n");

主程序

如果检测到有效步数，则读取芯片内部 Step Counter 当前累计的步数，并通过串口输出。

c 复制代码

while (1) {

      if (thread_wake)
      {
        lsm6dsv16x_all_sources_t status = {0};

        thread_wake = 0;

        /* Read interrupt source */
        lsm6dsv16x_all_sources_get(&dev_ctx,
                                    &status);

        /* Check Step Detector event */
        if (status.step_detector)
        {
          /* Read Step Counter */
          lsm6dsv16x_stpcnt_steps_get(&dev_ctx,
                                       &step_count);

          printf("Step detected, Steps = %d\r\n",
                 step_count);
        }
      }
  }

演示

步数检测测试如下。