使用STM32 CubeMX配置adxl345加速度传感器

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前言

本篇文章使用I2C进行通信
在嵌入式系统中，加速度传感器是一种常见的传感器，用于检测物体的加速度或者倾斜角度。ADXL345是一款常用的数字三轴加速度传感器，由ADI（Analog Devices）公司制造。它具有高精度、低功耗和可编程的特点，因此在很多嵌入式应用中被广泛使用。本文将介绍如何在STM32 CubeMX中配置和使用ADXL345加速度传感器。

一、硬件连线

对于I2C adxl345，由于adxl345不仅可以进行I2C通信，也可以进行SPI通信，所以对于I2C通信，我们不仅需要连接VCC、GND、SCL、SDA等常规的引脚，我们还需要对CS片选引脚连到电源3.3V.
我们不仅需要连接CS到电源，我们还需要连接SDO引脚连接到电源。
通过这两步的连线，得到adxl345的读写地址为：写：0x3A 读:0x3B

二、CubeMX配置I2C

首先，我们选择一个可用的I2C

接下来，开启该I2C即可。

三、adxl345的读取操作

3.1 读取adxl345的设备id

阅读芯片手册可得读取0x00地址，我们可以得到他的设备id，并且这个地址只能读，如果得到的数据为0xE5
代表设备读取成功

3.2 初始化adxl345

初始化DATA_FORMAT寄存器

DATA_FORMAT寄存器的各个位的意义如下，我们可以通过组合，然后发送给adxl345的0x31地址
位7 – Self-Test Bit（自检位）：
可取值：0或1
0：禁用自检功能
1：启用自检功能。在自检模式下，传感器会在每个轴上施加一个已知的加速度，用于自我测试和校准。

位6 – SPI Bit（SPI接口位）：
可取值：0或1
0：选择4线SPI模式（默认模式）
1：选择3线SPI模式

位5 – Interrupt Invert Bit（中断输出反转位）：
可取值：0或1
0：中断输出极性不反转（默认）
1：中断输出极性反转。可用于将中断信号与外部器件的期望极性匹配。

位4 – 不使用（保留位）

位3 – Full-Resolution Bit（完整分辨率位）：
可取值：0或1
0：禁用完整分辨率模式（默认）
1：启用完整分辨率模式。在完整分辨率模式下，传感器提供最高分辨率的数据输出。

位2 – Justify Bit（数据对齐位）：
可取值：0或1
0：左对齐模式
1：右对齐模式（默认）。决定了数据在输出寄存器中的对齐方式。

位1-0 – Range Bits（范围位）：
可取值：00、01、10、11
00：±2g
01：±4g
10：±8g
11：±16g。这两位用于选择加速度的测量范围，影响传感器的灵敏度和测量范围。

数据输出速率

我们可以通过设置BW_RATE寄存器来设置数据输出速率。数据输出速率就是输出数据的快慢。
该寄存器是8位的，其中高4位用于设置数据输出速率，低4位用于设置电源模式。
他的地址为0x2C

以下是BW_RATE寄存器中高4位的数据输出速率选项及其对应的取值：

取值 0000：数据输出速率为 0.10 Hz
取值 0001：数据输出速率为 0.20 Hz
取值 0010：数据输出速率为 0.39 Hz
取值 0011：数据输出速率为 0.78 Hz
取值 0100：数据输出速率为 1.56 Hz
取值 0101：数据输出速率为 3.13 Hz
取值 0110：数据输出速率为 6.25 Hz
取值 0111：数据输出速率为 12.5 Hz
取值 1000：数据输出速率为 25 Hz
取值 1001：数据输出速率为 50 Hz
取值 1010：数据输出速率为 100 Hz
取值 1011：数据输出速率为 200 Hz
取值 1100：数据输出速率为 400 Hz
取值 1101：数据输出速率为 800 Hz
取值 1110：数据输出速率为 1600 Hz
取值 1111：数据输出速率为 3200 Hz

低4位用于设置电源模式，但在大多数情况下，这些位应该设置为默认值（0），以选择正常功耗模式。
比如我们要使用100Hz，正常电源模式就要写入0x0A

POWER_CRL寄存器设置

ADXL345的POWER_CTL寄存器用于控制传感器的电源和操作模式。它是一个8位寄存器，每一位都有特定的功能。以下是各位的作用及取值：

位 7（0x80）：HSE（High-Speed Enable）
当此位设置为 1 时，传感器工作在高速模式下（3.2 kHz）。否则，传感器在正常模式下工作。
取值：1（高速模式），0（正常模式）。

位 6（0x40）：休眠模式
当此位设置为 1 时，传感器进入休眠模式，功耗降低到最低水平。
取值：1（进入休眠模式），0（退出休眠模式）。

位 5（0x20）：测量
设置此位为 1 时，传感器开始进行测量。
取值：1（开始测量），0（停止测量）。

位 4（0x10）：AUTO_SLEEP
如果启用自动睡眠模式，传感器将在没有活动时自动进入睡眠模式。
取值：1（启用自动睡眠模式），0（禁用自动睡眠模式）。

位 3（0x08）：测量
如果测量位设置为 1，传感器处于测量模式。在这种模式下，传感器将执行测量，并在测量完成后将该位清零。
取值：1（正在测量），0（测量结束）。

位 2（0x04）：休眠模式
设置此位为 1，将传感器置于休眠模式。
取值：1（休眠模式），0（正常模式）。

位 1（0x02）：休眠
如果设置为 1，传感器进入休眠模式。
取值：1（进入休眠模式），0（退出休眠模式）。

位 0（0x01）：休眠
与位 1 具有相同的功能，但是当此位和位 1 同时设置时，优先级更高。
取值：1（进入休眠模式），0（退出休眠模式）。

如果你想写入数据，你应该写0x2D地址
如果你想测量的话，你需要设置该寄存器为0x28

禁止中断

在adxl345上面可以看到INT1，INT2，这些是中断引脚，但是我们并不需要使用中断，我们可以使用下面的代码进行禁用：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x2E,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x1E,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0X1F,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0X20,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);

3.3 读取x、y、z轴的加速度

通过芯片手册可以知道，我们读下面的寄存器即可得到x、y、z轴的加速度

DATAX0为低位，DATAX1为高位。
我们可以通过下面的公式进行转换：

(short)(((uint16_t)readData[1]<<8)+readData[0])

3.4 读取示例

#define WRITE 0x3A
#define READ 0x3B

int BeginADXL345(void)
{
	uint8_t id,val;
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,READ,0x00,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&id,1,0xff);   
	if(id ==0XE5){      //读器件ID，ADXL345的器件ID为0XE5
			val = 0x2B;     //低电平中断输出，13位全分辨率，输出数据右对齐，16g量程
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x31,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			val = 0x0A;     //数据输出速度为100Hz
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x2C,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			val = 0x28;     //链接使能，测量模式
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x2D,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			val = 0x00;     //不使用中断
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x2E,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0x1E,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0X1F,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,WRITE,0X20,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1,0xFF);
			return 0;
	}           
	return 1;
}

typedef struct ADXLData
{
	short x;
	short y;
	short z;
}ADXLData;

ADXLData readADXL345()
{
	uint8_t readData[6] = {0};
	ADXLData ret;
	
	int r = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,READ,0x32,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,readData,6,1000);
	if(r == HAL_OK)
		printf("read OK\n");
	else
		printf("Error %d\n",r);
	
	int16_t x_accel, y_accel, z_accel;
	int16_t x_accel_raw, y_accel_raw, z_accel_raw;

	ret.x=(short)(((uint16_t)readData[1]<<8)+readData[0]);   //DATA_X1为高位有效字节    
	ret.y=(short)(((uint16_t)readData[3]<<8)+readData[2]);   //DATA_Y1为高位有效字节        
	ret.z=(short)(((uint16_t)readData[5]<<8)+readData[4]);   //DATA_Z1为高位有效字节   
	
	return ret;
}

/* USER CODE BEGIN 2 */
	
BeginADXL345();

 /* USER CODE END 2 */

 /* Infinite loop */
 /* USER CODE BEGIN WHILE */
 while (1)
 {
	data = readADXL345();
	printf("X: %hd   Y:%hd  Z:%hd\n",data.x,data.y,data.z);
	printf("angle_X:%hd\n",ADXL345_Get_Angle((double)data.x,(double)data.y,(double)data.z,0));
	HAL_Delay(1000);
   /* USER CODE END WHILE */

   /* USER CODE BEGIN 3 */
 }

3.5 得到角度

adxl345不仅可以测量各个轴的加速度，还可以根据他们测量出各个轴的角度：
我们可以使用下面这个函数进行角度的计算：

short ADXL345_Get_Angle(float x,float y,float z,uint8_t dir){
    float temp;
    float res=0;    //弧度值
    switch(dir){
        case 0:     //0表示与Z轴的角度
            temp=sqrt((x*x+y*y))/z;
            res=atan(temp);
            break;
        case 1:     //1表示与X轴的角度
            temp=x/sqrt((y*y+z*z));
            res=atan(temp);
            break;
        case 2:     //2表示与Y轴的角度
            temp=y/sqrt((x*x+z*z));
            res=atan(temp);
            break;
    }
    return res*180/3.14;    //返回角度值
}

3.6 滤波处理

对于adxl345可能读取的有一定的偏差，这时我们可以使用多次测量取平均值，得到最后一个较为准确的值：

/*读取ADXL345的数据并做滤波处理，读times次再取平均值*/
void ADXL345_Read_Average(short *x,short *y,short *z,uint8_t times){
    uint8_t i;
    ADXLData data;
    *x=0; *y=0; *z=0;
    if(times){
        for(i=0;i<times;i++){
            data = readADXL345();
            *x+=data.x; *y+=data.y; *z+=data.z;
            HAL_Delay(5);
        }
        *x/=times; *y/=times; *z/=times;
    }
}   

总结

本文简要介绍了如何在STM32 CubeMX中配置和使用ADXL345加速度传感器。首先，我们介绍了ADXL345传感器的基本原理和特点，然后详细说明了在CubeMX中如何配置I2C接口以及相关的GPIO引脚。接着，我们演示了如何通过I2C总线与ADXL345通信，并读取其加速度数据。最后，我们提供了一些示例代码和调试技巧，以帮助开发者更好地理解和使用ADXL345传感器。

通过本文的学习，读者可以掌握在STM32嵌入式系统中使用ADXL345加速度传感器的基本方法，为实际项目的开发和应用提供了参考和指导。