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前言

在STM32平臺上使用TOF傳感器、陀螺儀和SPI液晶屏需要結合硬件接口協議和嵌入式編程。

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1. TOF傳感器（Time of Flight）

原理

TOF傳感器通過測量光（激光或紅外）從發射到被物體反射回來的**時間差（Time of Flight）**計算距離。公式為：

距離=𝑐?Δ𝑡/2
其中 𝑐是光速，Δ𝑡是時間差。

常見的TOF模塊如VL53L0X、VL6180X，使用I2C通信。

STM32使用方法

硬件連接

SDA

SDA：連接STM32的I2C數據引腳（如PB9）

SCL

SCL：連接I2C時鐘引腳（如PB8）

VCC\GND

VCC/GND：3.3V供電

軟件配置

初始化I2C外設

初始化I2C外設：使用STM32CubeMX配置I2C模式（標準模式或快速模式）。

庫函數驅動：

// 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);

讀取數據

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

2. 陀螺儀（如MPU6050）

原理

陀螺儀基于MEMS技術，通過檢測科里奧利力引起的電容變化測量角速度。MPU6050整合了3軸陀螺儀和3軸加速度計，通過I2C或SPI輸出原始數據。

STM32使用方法

硬件連接

SDA/SCL

SDA/SCL：連接I2C引腳（如PB11/PB10）

INT

INT：中斷引腳（可選）

VCC/GND

VCC/GND：3.3V供電

軟件配置

初始化I2C

初始化I2C：配置STM32CubeMX，啟用I2C外設。

校準與配置

// 初始化MPU6050
MPU6050_Init(&hi2c2);
// 校準陀螺儀（需保持靜止）
MPU6050_Calibrate();

讀取數據

int16_t gyro_x, gyro_y, gyro_z;
MPU6050_ReadGyro(&gyro_x, &gyro_y, &gyro_z);
// 轉換為角速度（單位：°/s）
float gyro_x_dps = gyro_x / 131.0;

3. SPI液晶屏（如ST7735/ILI9341）

原理

SPI液晶屏通過串行外設接口（SPI）接收命令和數據。屏幕控制器（如ST7735）解析SPI數據，驅動像素顯示。SPI協議包含SCK時鐘、MOSI（主發從收）、CS片選和DC數據/命令控制線。

STM32使用方法

硬件連接

SCK

SCK：SPI時鐘引腳（如PA5）

MOSI

MOSI：主輸出引腳（如PA7）

CS

CS：片選引腳（如PA4）

DC

DC：數據/命令控制（如PA3）

RESET

RESET：復位引腳（如PA2）

軟件配置

SPI初始化

SPI初始化：在STM32CubeMX中配置SPI為全雙工主模式，設置時鐘分頻（如8MHz）。

GPIO設置

GPIO設置：配置CS、DC、RESET為輸出模式。

顯示數據

// 發送命令（如設置顯示區域）
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);
}// 發送像素數據
void ST7735_WriteData(uint8_t data) {HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET); // DC=1表示數據HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, 100);
}
// 示例：顯示紅色矩形
ST7735_FillScreen(ST7735_RED);

4.整合與優化建議

多外設共存

若同時使用I2C和SPI，需分配不同的GPIO，避免引腳沖突。
使用DMA傳輸減少CPU負載（如SPI屏刷新）。

實時性處理

陀螺儀數據讀取使用中斷或定時器觸發，確保采樣頻率（如100Hz）。
TOF傳感器可通過輪詢或中斷讀取。

代碼結構

// 主循環示例
while (1) {// 讀取TOF距離uint16_t dist = VL53L0X_GetDistance();// 讀取陀螺儀數據int16_t gx, gy, gz;MPU6050_ReadGyro(&gx, &gy, &gz);// 更新屏幕顯示char buffer[50];sprintf(buffer, "Dist: %d mm", dist);ST7735_DrawString(10, 10, buffer, ST7735_WHITE, ST7735_BLACK);
}

調試工具

使用邏輯分析儀檢查SPI/I2C時序。
通過串口打印傳感器數據驗證。

常見問題

I2C通信失敗

I2C通信失敗：檢查上拉電阻（通常4.7kΩ）、地址設置（MPU6050地址0x68）。

SPI屏幕無顯示

SPI屏幕無顯示：確認RESET時序、DC引腳電平是否正確。

數據噪聲

數據噪聲：對陀螺儀進行軟件濾波（如滑動平均）。

通過合理配置外設和優化代碼邏輯，可在STM32上高效集成TOF、陀螺儀和SPI液晶屏。

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