嵌入式硬件篇---TOF陀螺仪SPI液晶屏

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前言

在STM32平台上使用TOF传感器、陀螺仪和SPI液晶屏需要结合硬件接口协议和嵌入式编程。

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1. TOF传感器（Time of Flight）

原理

TOF传感器通过测量光（激光或红外）从发射到被物体反射回来的**时间差（Time of Flight）**计算距离。公式为：

距离=𝑐⋅Δ𝑡/2
其中 𝑐是光速，Δ𝑡是时间差。

常见的TOF模块如VL53L0X、VL6180X，使用I2C通信。

STM32使用方法

硬件连接

SDA

SDA：连接STM32的I2C数据引脚（如PB9）

SCL

SCL：连接I2C时钟引脚（如PB8）

VCC\GND

VCC/GND：3.3V供电

软件配置

初始化I2C外设

初始化I2C外设：使用STM32CubeMX配置I2C模式（标准模式或快速模式）。

库函数驱动：

// 示例：VL53L0X初始化
VL53L0X_Dev_t dev;
dev.I2cHandle = &hi2c1; // 指向配置好的I2C句柄
VL53L0X_Init(&dev);

读取数据

uint16_t distance;
VL53L0X_RangingMeasurementData_t data;
VL53L0X_GetRangingMeasurementData(&dev, &data);
distance = data.RangeMilliMeter;

2. 陀螺仪（如MPU6050）

原理

陀螺仪基于MEMS技术，通过检测科里奥利力引起的电容变化测量角速度。MPU6050整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计，通过I2C或SPI输出原始数据。

STM32使用方法

硬件连接

SDA/SCL

SDA/SCL：连接I2C引脚（如PB11/PB10）

INT

INT：中断引脚（可选）

VCC/GND

VCC/GND：3.3V供电

软件配置

初始化I2C

初始化I2C：配置STM32CubeMX，启用I2C外设。

校准与配置

// 初始化MPU6050
MPU6050_Init(&hi2c2);
// 校准陀螺仪（需保持静止）
MPU6050_Calibrate();

读取数据

int16_t gyro_x, gyro_y, gyro_z;
MPU6050_ReadGyro(&gyro_x, &gyro_y, &gyro_z);
// 转换为角速度（单位：°/s）
float gyro_x_dps = gyro_x / 131.0;

3. SPI液晶屏（如ST7735/ILI9341）

原理

SPI液晶屏通过串行外设接口（SPI）接收命令和数据。屏幕控制器（如ST7735）解析SPI数据，驱动像素显示。SPI协议包含SCK时钟、MOSI（主发从收）、CS片选和DC数据/命令控制线。

STM32使用方法

硬件连接

SCK

SCK：SPI时钟引脚（如PA5）

MOSI

MOSI：主输出引脚（如PA7）

CS

CS：片选引脚（如PA4）

DC

DC：数据/命令控制（如PA3）

RESET

RESET：复位引脚（如PA2）

软件配置

SPI初始化

SPI初始化：在STM32CubeMX中配置SPI为全双工主模式，设置时钟分频（如8MHz）。

GPIO设置

GPIO设置：配置CS、DC、RESET为输出模式。

显示数据

// 发送命令（如设置显示区域）
void ST7735_WriteCommand(uint8_t cmd) {
    HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_RESET); // DC=0表示命令
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, 100);
}

// 发送像素数据
void ST7735_WriteData(uint8_t data) {
    HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); // DC=1表示数据
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, 100);
}
// 示例：显示红色矩形
ST7735_FillScreen(ST7735_RED);

4.整合与优化建议

多外设共存

若同时使用I2C和SPI，需分配不同的GPIO，避免引脚冲突。
使用DMA传输减少CPU负载（如SPI屏刷新）。

实时性处理

陀螺仪数据读取使用中断或定时器触发，确保采样频率（如100Hz）。
TOF传感器可通过轮询或中断读取。

代码结构

// 主循环示例
while (1) {
    // 读取TOF距离
    uint16_t dist = VL53L0X_GetDistance();

    // 读取陀螺仪数据
    int16_t gx, gy, gz;
    MPU6050_ReadGyro(&gx, &gy, &gz);

    // 更新屏幕显示
    char buffer[50];
    sprintf(buffer, "Dist: %d mm", dist);
    ST7735_DrawString(10, 10, buffer, ST7735_WHITE, ST7735_BLACK);
}

调试工具

使用逻辑分析仪检查SPI/I2C时序。
通过串口打印传感器数据验证。

常见问题

I2C通信失败

I2C通信失败：检查上拉电阻（通常4.7kΩ）、地址设置（MPU6050地址0x68）。

SPI屏幕无显示

SPI屏幕无显示：确认RESET时序、DC引脚电平是否正确。

数据噪声

数据噪声：对陀螺仪进行软件滤波（如滑动平均）。

通过合理配置外设和优化代码逻辑，可在STM32上高效集成TOF、陀螺仪和SPI液晶屏。

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