如何用STM32F103的模拟IIC去读取陀螺仪/加速度/角度的数据?

1 基本介绍

  9轴姿态角度传感器广泛用于物联网开发，其中JY901陀螺仪由于自带卡尔曼动态滤波算法便作为了我硬件开发的选择。JY901陀螺仪基本可以在各个平台上进行数据的读取（如arduino、stm32、树莓派、上位机等）。刚好最近项目需要用到这个模块。我给大家整理下我是怎么操作的。先给大家看下模块。上图：

  
  

  说实话这个模块挺小的。但是功能还是比较强大的。好了不多说了，不然以为我在打广告了。进入主题。
  2 开发准备

  讲程序之前呢，和大家简单的说说一些硬件、软件准备和JY901怎么和STM32F103接线的。
2.1硬件、软件准备
硬件：JY901模块、USB-TTL、STM32F103开发板、杜邦线。STM32F103的开发板呢，我用的也是维特智能32开发板做测试用。给大家上个图：

  
  

  软件 ：https://pan.baidu.com/s/1SEWmixu4jtUL2HH_3Hcn2g 提取码：zryo
这个是我的写的一个 示例代码大家有兴趣的可以看下：https://pan.baidu.com/s/1sXnlT89FTTs5tONLiaPihw
2.2 接线方式
1、使用USB-TTL将STM32F103C8T6与电脑连接通信
2、JY901与STM32F103C8T6使用杜邦线连接。具体接线如下图所示：
具体接线方式如下：

  

  

  3 程序讲解

  3.1程序思路讲解
好了到大家最关心的地方了。在这里呢。我先和大家说下。我的整体思路是什么。以一个整体框架给大家做一个说明

  

  

  从上面来看呢，一共就分为主要的两个部分。串口初始化和while主循环。
1 、串口初始化又分为时钟初始化、串口1初始化、IIC初始化。时钟初始化的作用意味着所有工作部件都出于同一的工作准备状态，这样，在以后的工作中才能步调一致。
2、while主循环包括数据解析和数据输出。数据解析负责把从串口2中断服务函数得到的数据进行数据的一个处理。然后从串口1把数据输出到PC端。
下面分别和大家说下中间的一些重要的函数。
3.2 main函数
程序的执行都是在这个函数里面进行的。它包括串口初始化和while主循环。其中这个SysTick_init函数就是时钟初始化。Initial_UART1函数是串口1初始化。IIC_Init函数是IIC初始化。IICreadBytes9()函数就是去读取JY901内部寄存器的函数。UART1_Put_String()是串口1发送到电脑端的函数。

int main(void)
{  
  unsigned char chrTemp[30];
        unsigned char str[100];
        float a[3],w[3],h[3],Angle[3];
               
        USB_Config();               
        SysTick_init(72,10);
        Initial_UART1(115200);
        IIC_Init();
       
        while (1)
        {
                delay_ms(100);
                IICreadBytes(0x50, AX, 24,&chrTemp[0]);
                a[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[0])/32768*16;
                a[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[2])/32768*16;
                a[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[4])/32768*16;
                w[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[6])/32768*2000;
                w[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[8])/32768*2000;
                w[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[10])/32768*2000;
                h[0] = CharToShort(&chrTemp[12]);
                h[1] = CharToShort(&chrTemp[14]);
                h[2] = CharToShort(&chrTemp[16]);
                Angle[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[18])/32768*180;
                Angle[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[20])/32768*180;
                Angle[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[22])/32768*180;
               
                sprintf((char*)str,"0x50:  a:%.3f %.3f %.3f w:%.3f %.3f %.3f  h:%.0f %.0f %.0f  Angle:%.3f %.3f %.3f rn",a[0],a[1],a[2],w[0],w[1],w[2],h[0],h[1],h[2],Angle[0],Angle[1],Angle[2]);
                UART1_Put_String(str);               
                USB_TxWrite(str, strlen((char*)str));
       
       
    }
}
3.2 时钟初始化
时钟初始化的作用意味着所有工作部件都出于同一的工作准备状态，这样，在以后的工作中才能步调一致。
  
void SysTick_init(u8 SYSCLK,u16 nms)
{
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        SysTick->VAL =0x00;           //清空计数器
        SysTick->LOAD = nms*SYSCLK*125;//72MHz,最大1864ms
        SysTick->CTRL=3;//bit2清空,选择外部时钟  HCLK/8
        fac_us=SYSCLK/8;                    
        fac_ms=(u16)fac_us*1000;
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SysTick_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
3.3 串口1初始化
初始化串口1。将相应的引脚配置成UART模式；配置和使能UART,包括配置波特率，是否使用FIF0，数据帧格式（数据长度，停止位，奇偶校验，收发数据缓冲区大小等）；配置中断（一般分3大类，共7种）；读写数据。

void Initial_UART1(unsigned long baudrate)
{
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   


        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
          
        USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
        USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE);  
        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);        
        USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);
        USART_Cmd(USART1, ENABLE);
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 7;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
3.4 IIC初始化
这个程序我使用的是模拟IIC，没有使用硬件IIC。因此我只需要对IO口进行初始化就行了。
最后的SDA_OUT（）函数把SDA引脚设置输出。IIC_SDA=1;IIC_SCL=1;这两个的意思就是把IIC总线设置成高电平。

void IIC_Init(void)
{                       
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);                             
        //配置PB6 PB7 为开漏输出  刷新频率为10Mhz
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        //应用配置到GPIOB
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
       
        SDA_OUT();     //sda线输出
        IIC_SDA=1;                    
        IIC_SCL=1;
}
3.5 IICreadBytes读取函数

u8 IICreadBytes(u8 dev, u8 reg, u8 length, u8 *data){
    u8 count = 0;
       
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte(dev<<1);           //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(reg);   //发送地址
  IIC_Wait_Ack();          
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((dev<<1)+1);  //进入接收模式       
        IIC_Wait_Ack();
       
    for(count=0;count                  
                 if(count!=length-1)data[count]=IIC_Read_Byte(1);  //带ACK的读数据
                         else  data[count]=IIC_Read_Byte(0);         //最后一个字节NACK
        }
    IIC_Stop();//产生一个停止条件
    return count;
}
3.6 数据缓存区
数据缓存区就是在main函数里面定义的一个数组chrTemp[30]。它是把上面的IICreadBytes
读取得到的data的数据放在了这个数组当中的。
3.7 数据解析
数据解析部分。这个主要是根据商家给的协议，把从寄存器获取到的值。去进行处理的。以读出模块的角度数据为例，RedAddr 为 0x3d、0x3e、0x3f，连续读取 6 个字节，逻 辑分析仪捕获的波形如下图所示：

  
  

  从 0x3d 开始读取出来的数据依次为 0x9C,0x82,0x28,0xFF,0xE6,0x24。也就是说 X 轴的角度 为 0x829C，Y 轴的角度为 0xFF28，Z 轴的角度为 0x24E6。按照 商家公式（如下图）可以求出转化出来的角度为：X 轴角度-176.33°，Y 轴角度为-1.19°，Z 轴角度为 51.89°。

  
  


  a[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[0])/32768*16;
        a[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[2])/32768*16;
        a[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[4])/32768*16;
        w[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[6])/32768*2000;
        w[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[8])/32768*2000;
        w[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[10])/32768*2000;
        h[0] = CharToShort(&chrTemp[12]);
        h[1] = CharToShort(&chrTemp[14]);
        h[2] = CharToShort(&chrTemp[16]);
        Angle[0] = (float)CharToShort(&chrTemp[18])/32768*180;
        Angle[1] = (float)CharToShort(&chrTemp[20])/32768*180;
        Angle[2] = (float)CharToShort(&chrTemp[22])/32768*180;
3.8 数据输出
数据输出相比较前面的就比较简单了。它的原理就是把上面解析好的数据直接通过一个函数就发出来了。
  
sprintf((char*)str,"0x50:  a:%.3f %.3f %.3f w:%.3f %.3f %.3f  h:%.0f %.0f %.0f  Angle:%.3f %.3f %.3f rn",a[0],a[1],a[2],w[0],w[1],w[2],h[0],h[1],h[2],Angle[0],Angle[1],Angle[2]);
                UART1_Put_String(str);               
发送的函数就很简单了。就是一个UART1_Put_String打印函数。把解析的结果直接从串口1打印出来到PC端。
4 输出结果
在电脑上正确连接好板子，首先打开串口调试助手，找到相应的端口，然后打开串口，注意这里波特率设置为9600，然后就可以观察到左边的窗口有数据输出了。如图所示：