STM32C5开发LSM6DS3TR-C(5)--运动唤醒检测

STM32C5开发LSM6DS3TR-C .5--运动唤醒检测

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
[串口 printf 重定向](#串口 printf 重定向)
参考程序
CMake设置
头文件设置
初始换管脚
定义变量
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
中断功能
读取事件
演示

.5--运动唤醒检测)

概述

本章介绍如何使用 STM32C542CCT6 驱动 LSM6D3TR-C 实现 Wake-up 运动检测。LSM6D3TR-C 内置可配置的 Wake-up 标准中断，可利用 Low-G 加速度计对设备的动态运动进行检测，并在运动幅度超过设定阈值后通过 INT1/INT2 输出中断信号。

需要样片的可以加qun申请：925643491 / 615061293 。

视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV1SDWw6JEjx/

样品申请

源码下载

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STM32C542CCT6，陀螺仪为LSM6DS3TR-C，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_LSM6DS3TR-C_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542_LSM6DS3TR-C_LIS2MDL

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

选择 Connectivity → USART1，设置为 Async 异步模式，波特率 115200、8 位数据、无校验、1 位停止位，启用收发模式。

串口的TX、RX 分别选择 PA9、PA10，均设置为复用模式（Alternate）、无上下拉、推挽输出，速度选择 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 Pinout 页面，将 PA1、PB2 设置为 GPIO → Configured，分别用于 SA0（I²C 地址选择）和 CS（通信接口选择）。

进入 System → GPIO，将 PA1、PB2 设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

板载 LIS2MDL 的 CS 引脚连接 PA6。在 Pinout 页面，将 PA6 设置为 GPIO → Configured。

进入 System → GPIO，将 PA6 命名为 CS2，设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

INT设置

IMU 的 INT1（Pin4）连接 STM32C542 的 PB0，用于接收陀螺仪数据就绪中断。

将 PB0 配置为输入、无上下拉，开启 EXTI0，选择下降沿触发（Falling edge），使能中断及 IRQ Handler 生成。

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，选择 File → Import，导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程。

展开 Import STM32 Project，选择 STM32 CMake Project，点击 Next，进入工程路径选择页面。

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 中选中工程，点击 Project → Properties。

选择 Resource，将 Text file encoding 设置为 Other → GBK，点击 Apply and Close 保存。

串口 printf 重定向

在 main.c 中添加以下头文件，并在 main() 前实现 _write()，将 printf() 输出重定向到 USART1，用于打印 MEMS 数据和调试信息。

c 复制代码

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

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/lsm6ds3tr-c-pid

添加对应驱动程序。

CMake设置

在 CMakeLists.txt 中，将 .c 加入编译，并添加 -u _printf_float，启用 printf() 浮点输出支持。

c 复制代码

target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
  lsm6ds3tr-c_reg.c
)

target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME} PUBLIC
  -u _printf_float
)

头文件设置

添加头文件。

c 复制代码

#include "lsm6ds3tr-c_reg.h"

初始换管脚

由于需要向LSM6DS3TR_C_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);

定义变量

定义全局变量

c 复制代码

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
#define    BOOT_TIME            10 //ms
/*
 * Wake-up threshold:
 * WK_THS 1 LSB = FS_XL / 64
 * with XL FS = +/-2 g -> 1 LSB = 31.25 mg
 * threshold = 1 -> 31.25 mg
 * (same physical level as the V80X 4 x 7.8125 mg)
 */
#define    WAKEUP_THRESHOLD     1
/* Wake-up duration: 1 LSB = 1 / ODR (416 Hz -> 2.4 ms) */
#define    WAKEUP_DURATION      0
/* Inactivity (sleep) duration: 1 LSB = 512 / ODR */
#define    SLEEP_DURATION       0
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static uint8_t whoamI;
/* 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, SA0 = 1 -> 0xD7 */
#define LSM6DS3TR_C_I2C_ADD  LSM6DS3TR_C_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, LSM6DS3TR_C_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, LSM6DS3TR_C_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() 中定义中断路由结构体和有关变量

c 复制代码

lsm6ds3tr_c_int1_route_t int1_route = {0};
uint8_t rst = 0;

获取ID

我们可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0x6a。

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 */
lsm6ds3tr_c_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);

printf("LSM6DS3TR_C_ID=0x%x,id=0x%x\n",
     LSM6DS3TR_C_ID, whoamI);

if (whoamI != LSM6DS3TR_C_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 software reset */
lsm6ds3tr_c_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
do {
    lsm6ds3tr_c_reset_get(&dev_ctx, &rst);
} while (rst);
platform_delay(10);

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。

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 */
lsm6ds3tr_c_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和陀螺仪的基本采样参数：

● 将加速度计和陀螺仪的输出数据率均设置为 416 Hz。

● 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

/*
* Set Low-G accelerometer.
* ODR = 416 Hz
* FS  = +/-2 g
*/
lsm6ds3tr_c_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_ODR_416Hz);
lsm6ds3tr_c_xl_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_HIGH_PERFORMANCE);
lsm6ds3tr_c_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_2g);

外部中断回调函数

当 LSM6D3TR-C 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

c 复制代码

HAL_EXTI_TriggerCallback()。  
/**
 * @brief  EXTI trigger callback
 */
void HAL_EXTI_TriggerCallback(hal_exti_handle_t *hexti, hal_exti_trigger_t trigger) {
    if (HAL_EXTI_GetInstance(hexti) == HAL_EXTI_GPIO_0)
    {
        thread_wake = 1;
    }
}

中断配置

对 LSM6D3TR-C 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

/*
* INT1: open-drain + active low
* (matches the external pull-up + PB0/EXTI0 falling edge)
*/
lsm6ds3tr_c_pin_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_OPEN_DRAIN);
lsm6ds3tr_c_pin_polarity_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_ACTIVE_LOW);

中断功能

开启传感器的基础事件中断功能，并将中断设置为锁存模式。当运动事件发生后，中断状态会保持，避免由于中断脉冲过短导致 STM32 未能及时响应；随后 MCU 可在主循环中读取中断源并完成对应事件处理。

c 复制代码

/*
* Latched interrupt notification.
* The wake-up event is cleared by reading the status register.
*/
lsm6ds3tr_c_int_notification_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_INT_LATCHED);

Wake-up 检测基于加速度计的斜率/高通路径，代码中使用 Slope 路径作为 Wake-up 检测的输入源。

c 复制代码

/*
 * Use Slope (high-pass) filter for
 * Wake-up detection.
 */
lsm6ds3tr_c_xl_hp_path_internal_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_USE_SLOPE);

Wake-up 阈值通过 lsm6ds3tr_c_wkup_threshold_set 配置。WK_THS 的分辨率为 FS_XL / 64，在 FS = ±2 g 时 1 LSB = 31.25 mg；WAKEUP_THRESHOLD = 1，对应阈值 1 × 31.25 mg = 31.25 mg；Wake-up 持续时间通过 lsm6ds3tr_c_wkup_dur_set 配置，表示连续多少个采样点超过阈值才触发 Wake-up。1 LSB = 1 / ODR，416 Hz 对应 2.4 ms，这里设置为 0。

c 复制代码

/*
 * Wake-up threshold configuration.
 *
 * 1 LSB = FS_XL / 64
 * with FS = +/-2 g: 1 LSB = 31.25 mg
 */
lsm6ds3tr_c_wkup_threshold_set(&dev_ctx, WAKEUP_THRESHOLD);

/*
 * Wake-up duration:
 * number of consecutive samples over threshold.
 */
lsm6ds3tr_c_wkup_dur_set(&dev_ctx, WAKEUP_DURATION);

当设备空闲时，加速度计可切换到 12.5 Hz，陀螺仪进入睡眠，以降低功耗

c 复制代码

/*
* Inactivity configuration: put the accelerometer
* at 12.5 Hz / gyro sleep when idle.
*/
lsm6ds3tr_c_act_sleep_dur_set(&dev_ctx, SLEEP_DURATION);
lsm6ds3tr_c_act_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_12Hz5_GY_SLEEP);

将 Wake-up 运动事件映射至 INT1 引脚，当检测到动态加速度超过设定阈值后，MEMS 通过 INT1 产生中断通知 MCU。

c 复制代码

/*
* Route Wake-up event to INT1
*/
int1_route.int1_wu = PROPERTY_ENABLE;
lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_set(&dev_ctx, int1_route);


printf("Wake-up Motion Detection start...\r\n");
printf("Threshold = %d x 31.25 mg\r\n",WAKEUP_THRESHOLD);

读取事件

当 INT1 检测到 Wake-up 运动事件后，中断回调将 thread_wake 标志位置 1。主循环检测到该标志后读取传感器中断源，并通过 wake_up 状态位判断是否发生运动事件；如果检测有效，则通过串口输出运动提示。由于程序采用锁存中断模式，读取中断源的同时也可释放当前锁存状态，为下一次运动检测做准备。

c 复制代码

while (1) {
    if (thread_wake)
    {
      lsm6ds3tr_c_all_sources_t status = {0};
      thread_wake = 0;

      /* Read interrupt source */
      lsm6ds3tr_c_all_sources_get(&dev_ctx, &status);

      /* Check Wake-up event */
      if (status.wake_up_src.wu_ia)
      {
        printf("Motion detected\r\n");
      }
    }
}

演示

移动或晃动开发板，使动态加速度满足运动唤醒条件后，串口输出 Motion detected。本例只提示运动事件，不输出进入静止状态的信息。