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。
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。