26.12.2017

Подключение акселерометра LIS3DH к Nuvoton NuTiny SDK Nano130 через SPI

Акселерометры LIS3DH от STMicroelectronics достаточно популярны в использовании. Принципы их работы и способы подключения хорошо описаны в сети, однако мало что известно о том, каким образом подключить такой акселерометр к микроконтроллерам Nuvoton. В качестве примера была использована отладочная плата Nuvoton NuTiny-SDK-Nano130 (рисунок 1) c МК Nano130KE3BN на борту. Серия Nano130 использует ядро ARM Cortex-M0 и имеет низкое энергопотребление (ultra-low power).

 ultra low power

Рисунок 1 - NuTiny-SDK-Nano130

STEVAL MKI105V1

Рисунок 2 -
STEVAL-MKI105V1

Подключение. Подключить акселерометр по SPI достаточно просто. В нашем случае использовалась плата от ST с акселерометром LIS3DH – STEVAL-MKI105V1 (рисунок 2). Схема подключения представлена на рисунке 4.

Микроконтроллер Nano130 содержит три модуля SPI, которые имеют следующие характеристики:
  • Работа в режиме Ведущего (Master mode) и Ведомого (Slave mode);
  • Поддержка режима однобитовой и двухбитовой передачи;
  • Конфигурируемая длина транзакции (от 8 до 32 бит);
  • Поддерживает MSB first и LSB first последовательности передачи.

Для того чтобы подключиться к первому модулю SPI (SPI0), нужно найти номера контактов, соответствующие MISO, MOSI, SPICLK и SPISS. В reference manual на плату на 5 странице размещена таблица назначения контактов (рисунок 3). 

TABLE PIN

Рис. 3 – Назначения контактов

shema podkl

Рис. 4 – Схема подключения

Инициализация SPI. Прежде всего необходимо скачать библиотеку BSP c сайта nuvoton.com, разархивировать ее и подключить к проекту. Первым делом необходимо задать источник тактирования для ядра и всей использующейся периферии:

voidSYS_Init (void)

{

      /* Разблокируем защитный регистр*/

SYS_UnlockReg();

/*Выбираем в качестве источника тактирования шины HCLK внешний кварц HXT*/

     CLK_SetHCLK(CLK_CLKSEL0_HCLK_S_HXT,CLK_HCLK_CLK_DIVIDER(1));

     

      /* Включаем внешний кварц HXT 12МГц */

      CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HXT_EN_Msk);

      /* Ждем, когда кварц будет готов */

      CLK_WaitClockReady (CLK_CLKSTATUS_HXT_STB_Msk);

     

      /* Устанавливаем частоту тактирования шины HCLK 32МГц */

      CLK_SetCoreClock(32000000);

      /* Выбираем источник тактирования для каждого модуля периферии */

      CLK_SetModuleClock(UART1_MODULE, CLK_CLKSEL1_UART_S_HXT, CLK_UART_CLK_DIVIDER(1));

      CLK_SetModuleClock(SPI0_MODULE, CLK_CLKSEL2_SPI0_S_HCLK, 0);

      /* Включаемсамимодули */

      CLK_EnableModuleClock(UART1_MODULE);

      CLK_EnableModuleClock(SPI0_MODULE);

     

      /* Обновляемзначениетактированияядра

         Необходимо обновлять всякий раз, когда меняется частота тактирования HCLK */

      SystemCoreClockUpdate();

Помимо тактирования в системных регистрах настраивается альтернативные функции контактов, после чего защитный регистр можно закрывать:

    /* Устанавливаем пины порта PE в альтернативную функцию UARTRXDи TXD */

    SYS->PE_H_MFP = (SYS_PE_H_MFP_PE10_MFP_UART1_TX | SYS_PE_H_MFP_PE9_MFP_UART1_RX);

    /* Устанавливаем пины порта PE в альтернативную функцию SPI0 */

SYS->PE_L_MFP = (SYS_PE_L_MFP_PE4_MFP_SPI0_MOSI0 |

SYS_PE_L_MFP_PE3_MFP_SPI0_MISO0 | SYS_PE_L_MFP_PE2_MFP_SPI0_SCLK |

SYS_PE_L_MFP_PE1_MFP_SPI0_SS0);

     

/* Закрываем защитный регистр */            

    SYS_LockReg();

}

Далее необходимо настроить сам модуль SPI, следуя следующим пунктам:

  1. Выбор частоты тактирования модуля.
  2. Выбор режима работы (Master/Slave), выбор количество передаваемых/принимаемых бит.
  3. Выбор логического уровня в SPLCLK, когда SPI не активен (высокий/низкий уровень), выбор по какому фронту SPICLK будет производиться передача и прием.
    Все вышеперечисленные пункты выполняются библиотечной функцией SPI_Open.
  4. Настройка режима работы вывода SPISS.

    voidSPI_Init (void)

    {

    /* Настраиваем SPI0 как МasterMSBfirst, 8-bitтранзакция, SPIMode-3 тайминг, частота 1Mhz */

        SPI_Open(SPI0, SPI_MASTER, SPI_MODE_3, 8, 1000000);

        SPI0->SSR &= ~SPI_SSR_AUTOSS_Msk//Отключаем автоматическое переключение SPISS

        SPI0->SSR &= ~SPI_SSR_SS_LVL_Msk//Ведомое устройство активно при низком уровне выходного сигнала SPISS

        SPI0->SSR |= SPI_SSR_SS_LTRIG_Msk//Выбор ведомого устройства по триггеру уровня

    }

    Пропишем удобную функции переключения SPISS:

    #define CS_On() SPI0->SSR |= 0x01

    #define CS_Off() SPI0->SSR &= ~(0x01)

    Перед началом транзакции необходимо сначала выполнить команду CS_On (), а после окончания – обратную ей команду CS_Off ().

  5. Для передачи нужных данных необходимо их записать в регистр SPI_TX0. Для начала отправки нужно выставить единицу в первый бит регистра SPI_CTL – GO_BUSY. После окончания транзакции этот бит автоматически сбросится в ноль. Не используя прерывания, можно обойтись бесконечным циклом проверки бита GO_BUSY:

    SPI_WRITE_TX0 (SPI0, 0xFF); //Запись в регистр SPI_TX0 значения 0xFF

    SPI_TRIGGER(SPI0);//Выставляем GO_BUSY в единицу

    while (SPI0->CTL & 0x01); //Ждем, когда транзакция закончится



  6. Принятые по SPI данные записываются в регистр SPI_RX0.

Инициализация LIS3DH. В описание на акселерометр подробно описаны все имеющиеся регистры и их назначение. Каждый регистр имеет свой адрес, он написан в скобках после названия регистра:

WHO AM I

Рис.5 – Регистр WHO_AM_I


Например, регистр WHO_AM_I имеет адрес 0Fh. Данный регистр доступен только для чтения и хранит идентификационный номер устройства. Адрес регистра нам необходим чтобы обратиться к нему при передаче команды чтения по SPI. 
Для настройки LIS3DH необходимо внимательно прочитать назначение каждого регистра. Прежде всего необходимо настроить частоту обновления данных акселерометра и включить необходимые каналы. Для этого нужно обратиться к регистру CTRL_REG1:

CTRL REG1

Рис. 6 – Регистр CTRL_REG1


Нулевой, первый и второй биты отвечают за включение соответствующего канала X, Y и Z (по умолчанию включены). Четвертый бит отвечает за включение режима пониженного потребления (по умолчанию выключен). Старшие четыре бита (ODR [3:0]) отвечают за частоту обновления данных с каналов акселерометра. 
Например, чтобы выставить частоту обновления 200 Гц со всех трех каналов акселерометра, работающего в режиме пониженного потребления необходимо выполнить следующие действия:

CS_On(); //SPISSв ноль, т.е. начало передачи

SPI_WRITE_TX0 (SPI0, 0x20); //Команда: запись, Адрес регистра CTRL_REG1: 0x20

       SPI_TRIGGER(SPI0);

       while (SPI0->CTL & 0x01);    //Ждемконцатранзакции

       SPI_WRITE_TX0 (SPI0, 0x6F);  //Или 0110111bт.е. Low-power mode, X, Y, Z вкл., 200 Гц

       SPI_TRIGGER(SPI0);

       while (SPI0->CTL & 0x01);    //Ждемконцатранзакции

CS_Off(); //SPISSв единицу, т.е. конец передачи

На этом основанная инициализация акселерометра заканчивается. LIS3DH имеет еще 6 регистров CTRL_REG, для дополнительных настроек. 
Теперь, после настройки акселерометра, нужно время от времени (не более 200 раз в секунду) считывать значение регистра интересующего нас канала. Например, чтобы получить данные с канала X, необходимо считать значения с двух регистров – старшего OUT_X_H (29h) и младшего OUT_X_L (28h). Непосредственно в случае режима пониженного потребления значащим является старший регистр, так как разрешение в таком режиме снижается до 8 бит. Порядок действий следующий:

СS_On(); //SPISSв ноль, т.е. начало передачи

SPI_WRITE_TX0 (SPI0, 0xA9); //Команда – чтение, Адрес регистра OUT_X_H:0x29

SPI_TRIGGER(SPI0);

while (SPI0->CTL & 0x01); //Ожидание конца транзакции

x_axis = SPI_READ_RX0(SPI0); //В переменную x_axisзаписываем значение регистра OUT_X_H

for (i=0;i<60000;i++); //Задержка между двумя принятыми значениями

SPI_TRIGGER(SPI0); //Получаем значения вновь

while (SPI0->CTL & 0x01); //Ожидание конца транзакции

x_axis = SPI_READ_RX0(SPI0); //В переменную x_axisзаписываем значение регистра OUT_X_H

for (i=0;i<60000;i++); //Задержка между двумя принятыми значениями

SPI_TRIGGER(SPI0); //Получаем значения вновь

while (SPI0->CTL & 0x01); //Ожидание конца транзакции

CS_Off(); //SPISSв единицу, т.е. конец передачи

Данные команды можно поместить в бесконечный цикл для постоянного обновления и получения новых данных с акселерометра. 
Предложенное решение найдет успешное применение в устройствах сигнализации, а также в устройствах мониторинга транспортных средств.

Бесплатная консультация 
Специальные цены под проект
Хотите получить образцы?
По вопросам приобретения и обсуждения проекта, а также технической информации обращаться:
Бренд-менеджер:
Гореев Антон 
(343) 372-92-30
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Теги Nuvoton