基于stm32f030的模拟I2C与博世BMI160六轴传感器通信

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博世BMI160简介

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​ Bosch Sensortec公司推出的最新BMI160惯性测量单元将最顶尖的16位3轴重力加速度计和超低功耗3轴陀螺仪集成于单一封装。采用14管脚LGA封装，尺寸为2.5×3.0×0.8mm3。当加速度计和陀螺仪在全速模式下运行时，耗电典型值低至950µA，仅为市场上同类产品耗电量的50%或者更低。

BMI160是一款高度集成的低功耗惯性测量单元（IMU），可提供精确的加速度和角速率（陀螺 仪）测量。

主要特点

 高性能加速度计和陀螺仪（硬件同步）
 功耗极低：典型值。 920μA（全功能加速度计和陀螺仪）
 符合Android Kitkat：重要的运动和步进检测器/步进计数器（每个5μA）
 占地面积2.5 x 3.0 mm2，高度0.83 mm
 内置电源管理单元（PMU），用于高级电源管理
 具有快速启动陀螺仪模式的省电功能
 宽电源范围：1.71V …… 3.6V
 可分配的1024字节FIFO缓冲区（能够处理外部传感器数据）
 硬件传感器时间戳，用于精确的传感器数据融合
 集成中断，用于增强自主运动检测
 灵活的数字主接口，通过I2C或SPI连接主机
 扩展I2C模式，时钟频率高达1 MHz
 用于OIS应用的附加二级高速接口
 能够处理外部传感器数据 (例如Bosch Sensortec的地磁或气压传感器)

下载地址

BMI160的中文Datasheet的下载连接如下： [点击此处进入下载网页]

官方英文Datasheet下载地址

官方参考驱动代码下载地址

主接口I2C / SPI协议选择

bmi160flow1

​ 从上面的框图中，我们可以看到，BMI160与外部进行双向数据传输的方式有两种：SPI和I2C。下面，我们来看下通过I2C与外部进行通信的方式。当BMI160通过I2C与外部进行通信的时候，BMI160将作为I2C从设备挂到主控芯片（主设备）的I2C总线上，所以，主控芯片在配置其对应的I2C驱动时就需要知道BMI160的从设备地址。

​ 上电后，根据芯片选择CSB引脚行为自动选择协议。复位/上电时，BMI160处于I2C模式。 如果CSB在上电期间连接到VDDIO且未更改，则传感器接口 在I2C模式下工作。 对于使用I2C，建议将CSB线硬连线到VDDIO。 由于上电复位仅在VDD和 VDDIO都建立时执行，因此不存在由于上电顺序而导致协议检测错误的风险。

​ 如果CSB在上电后看到上升沿，则BMI160接口切换到SPI直到复位或下一次上电。 因此，在启 动SPI之前需要CSB上升沿通讯。

​ 因此，建议在实际通信之前对ADDRESS 0x7F执行SPI单读访问，以便使用SPI接口。 如果没有数据，则无法切换CSB位通信时，寄存器（0x70）NV_CONF中还有spi_en位，可用于将 主接口永久设置为SPI，而无需在每次上电或复位时切换CSB引脚。

本文采用的是I2C接口

I2C接口

如果SDO引脚被拉至’GND‘，器件的I²C地址为0b1101000（0x68）。

如果SDO引脚被拉至VDDIO‘，器件的I²C地址为0b1101001（0x69）。

I2C时序图

下图给出的I²C时序的定义

I²C协议的工作原理如下：

START： 总线上的数据传输从SDA线上的高电平到低电平转换开始，而SCL保持高电平（I²C总 线主机指示的启动条件（S））。 一旦主机传输START信号，总线就会被认为是忙碌的。

STOP: 每个数据传输应由主机产生的停止信号（P）终止。 STOP条件是SDA线上的低电平到高 电平转换，而SCL保持高电平。

ACKS: 必须确认传输的每个数据字节。 它由接收器发送的确认位指示。 发送器必须在应答脉冲 期间释放SDA线（无下拉），而接收器必须将SDA线拉低，以便在应答时钟周期的高电平期间保 持稳定的低电平。

I²C写数据

I²C写访问可用于在一个序列中写入数据字节。 该序列以主机产生的启动条件开始，后跟7位从机地址和写入位（RW = 0）。 从器件发送一个应 答位（ACKS = 0）并释放总线。 然后主机发送一个字节的寄存器地址。 从机再次确认传输并等 待8位数据，这些数据应写入指定的寄存器地址。 从机确认数据字节后，主机产生停止信号并终 止写入协议。I²C写访问的示例：

I²C读数据

I²C读访问也可用于在一个序列中读取一个或多个数据字节。
I²C读访问也可用于在一个序列中读取一个或多个数据字节。
读序列由一个字节的I²C写阶段和I C读阶段组成。变速器的两个部分必须通过重复启动条件（S）分开。 I²C写入阶段寻址从器件并发送要读取的寄存器地址。从机确认发送后，主机再次产生一个起始条件，并将从机地址与读取位（RW = 1）一起发送。然后主机释放总线并等待从从机读出数据字节。在每个数据字节之后，主机必须生成应答位（ACKS = 0）以启用进一步的数据传输。
来自主设备的NACKM（ACKS = 1）停止从从设备传输的数据。从器件释放总线，以便主器件可以生成STOP条件并终止传输。
寄存器地址自动递增，因此可以顺序读出多个字节。一旦新的数据读取传输开始，起始地址将被设置为自最新的I²C写入命令以来指定的寄存器地址。默认情况下，起始地址设置为0x00。以这种方式，可以从相同的起始地址重复多字节读取。

I²C读访问示例（读取陀螺仪数据）：

I²C读写初始化程序

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/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		void IIC_Start(void)
*功　　能:		产生IIC起始信号
*******************************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA_1;	  	  
	IIC_SCL_1;
	
	delay_us(5);
 	IIC_SDA_0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	
	delay_us(5);
	IIC_SCL_0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}

/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		void IIC_Stop(void)
*功　　能:	    //产生IIC停止信号
*******************************************************************************/	  
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL_0;
	IIC_SDA_0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

	delay_us(5);
	IIC_SCL_1; 
	IIC_SDA_1;//发送I2C总线结束信号

	delay_us(5);							   	
}

/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		u8 IIC_Wait_Ack(void)
*功　　能:	    等待应答信号到来 
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
*******************************************************************************/
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0; 
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA_1;
		delay_us(5);	  
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>50)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
		delay_us(5);
	}  
	IIC_SCL_1;
	delay_us(5); 
	IIC_SCL_0;//时钟输出0  
	return 0;  
} 

/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		void IIC_Ack(void)
*功　　能:	    产生ACK应答
*******************************************************************************/
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL_0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA_0;
	delay_us(5);
	IIC_SCL_1;
	delay_us(5);
	IIC_SCL_0;
}
	
/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		void IIC_NAck(void)
*功　　能:	    产生NACK应答
*******************************************************************************/	    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL_0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA_1;
    delay_us(5);
    IIC_SCL_1;
    delay_us(5);
    IIC_SCL_0;
}					 				     

/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		void IIC_Send_Byte(u8 txd)
*功　　能:	    IIC发送一个字节
*******************************************************************************/		  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t; 
		SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL_0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
	   if(txd&0x80)
		  IIC_SDA_1; //IIC_SDA=1;
	   else
		  IIC_SDA_0; //IIC_SDA=0;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   
		IIC_SCL_1;
		delay_us(5);
		IIC_SCL_0;	
		delay_us(3);
    }	 
} 	 
   
/**************************实现函数********************************************
*函数原型:		u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
*功　　能:	    //读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK 
*******************************************************************************/  
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL_0; 
        
		delay_us(5);
		IIC_SCL_1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(5); 
    }					 
    if (ack)
        IIC_Ack(); //发送ACK 
    else
        IIC_NAck();//发送nACK  
    return receive;
}

/**************************实现函数********************************************
*功　　能:	    读取指定设备 指定寄存器的 length个值
输入	dev  目标设备地址
		reg	  寄存器地址
		length 要读的字节数
		*data  读出的数据将要存放的指针
返回   读出来的字节数量
*******************************************************************************/ 

u8 IICreadBytes(u8 dev, u8 reg, u8 *data , uint16_t length)
{
    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<length;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 0;
}

/**************************实现函数********************************************
*功　　能:	    将多个字节写入指定设备 指定寄存器
输入	dev  目标设备地址
		reg	  寄存器地址
		length 要写的字节数
		*data  将要写的数据的首地址
返回   返回是否成功
*******************************************************************************/ 
u8 IICwriteBytes(u8 dev, u8 reg, u8 *data , uint16_t length)
{
 	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();	  
	for(count=0;count<length;count++){
		IIC_Send_Byte(data[count]); 
		IIC_Wait_Ack(); 
 }
	IIC_Stop();//产生一个停止条件

    return 0; //status == 0;
	
}

初始化完成之后，就可以结合官方库区读取数据了。

首先对BMI160初始化

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struct bmi160_dev bmi160sensor ;
void mybmi160_init(void)//BMI160初始化
{
//	struct bmi160_dev bmi160sensor;
	int8_t rslt = BMI160_OK;
	bmi160sensor.id = BMI160_I2C_ADDR;
	bmi160sensor.interface = BMI160_I2C_INTF;
	bmi160sensor.read = IICreadBytes;
	bmi160sensor.write = IICwriteBytes;
	bmi160sensor.delay_ms = delay_ms;
	bmi160sensor.chip_id=0;
	IICreadBytes(BMI160_I2C_ADDR,BMI160_CHIP_ID_ADDR, &bmi160sensor.chip_id, 1);
	printf("bmi_id=%d\n",bmi160sensor.chip_id);
//	bmi160_get_regs2(BMI160_CHIP_ID_ADDR, &bmi160sensor.chip_id, 1, dev);
	rslt = bmi160_init(&bmi160sensor);
	/* Select the Output data rate, range of accelerometer bmi160sensor */
	bmi160sensor.accel_cfg.odr = BMI160_ACCEL_ODR_800HZ;
	bmi160sensor.accel_cfg.range = BMI160_ACCEL_RANGE_4G;
	bmi160sensor.accel_cfg.bw = BMI160_ACCEL_BW_NORMAL_AVG4;

	/* Select the power mode of accelerometer bmi160sensor */
	bmi160sensor.accel_cfg.power = BMI160_ACCEL_NORMAL_MODE;

	/* Select the Output data rate, range of Gyroscope bmi160sensor */
	bmi160sensor.gyro_cfg.odr = BMI160_GYRO_ODR_800HZ;
	bmi160sensor.gyro_cfg.range = BMI160_GYRO_RANGE_2000_DPS;
	bmi160sensor.gyro_cfg.bw = BMI160_GYRO_BW_NORMAL_MODE;

	/* Select the power mode of Gyroscope bmi160sensor */
	bmi160sensor.gyro_cfg.power = BMI160_GYRO_NORMAL_MODE; 

	/* Set the bmi160sensor configuration */
	rslt = bmi160_set_sens_conf(&bmi160sensor);
	/* After the above function call, accel and gyro parameters in the device structure 
	are set with default values, found in the datasheet of the bmi160sensor */
}

获取陀螺仪和加速度数据

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//获取数据
void get_accel_gyro_data2(void)
{
	uint8_t data_array[15] = {0};
	uint8_t lsb;
	uint8_t msb;
	int16_t msblsb;
	int16_t  gx,gy,gz,ax,ay,az;

	IICreadBytes(BMI160_I2C_ADDR,BMI160_GYRO_DATA_ADDR,data_array,15);//获取陀螺仪的数据

	lsb = data_array[0];
	msb = data_array[1];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	gx = msblsb; /* gyro X axis data */

	lsb = data_array[2];
	msb = data_array[3];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	gy = msblsb; /* gyro Y axis data */

	lsb = data_array[4];
	msb = data_array[5];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	gz = msblsb; /* gyro Z axis data */

	/* Accel Data */
	lsb = data_array[6];
	msb = data_array[7];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	ax = (int16_t)msblsb; /* accel X axis data */

	lsb = data_array[8];
	msb = data_array[9];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	ay = (int16_t)msblsb; /* accel Y axis data */

	lsb = data_array[10];
	msb = data_array[11];
	msblsb = (int16_t)((msb << 8) | lsb);
	az = (int16_t)msblsb; /* accel Z axis data */
	printf("gyro->x=%d,y=%d,z=%d,accel->x=%d,y=%d,z=%d \n",gx,gy,gz,ax,ay,az);
}

设置为任意方向中断，这样可以通过示波器查看，当摇晃BMI160时，观察中断通道1是否有高电平产生了。

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void bmi160_Interrupt(void)//设置任意方向中断
{
	struct bmi160_int_settg int_config;
	int8_t rslt = BMI160_OK;
	/* Select the Interrupt channel/pin */
	int_config.int_channel = BMI160_INT_CHANNEL_1;// Interrupt channel/pin 1

	/* Select the Interrupt type */
	int_config.int_type = BMI160_ACC_ANY_MOTION_INT;// Choosing Any motion interrupt
	/* Select the interrupt channel/pin settings */
	int_config.int_pin_settg.output_en = BMI160_ENABLE;// Enabling interrupt pins to act as output pin
	int_config.int_pin_settg.output_mode = BMI160_DISABLE;// Choosing push-pull mode for interrupt pin
	int_config.int_pin_settg.output_type = BMI160_ENABLE;// Choosing active low output
	int_config.int_pin_settg.edge_ctrl = BMI160_ENABLE;// Choosing edge triggered output
	int_config.int_pin_settg.input_en = BMI160_DISABLE;// Disabling interrupt pin to act as input
	int_config.int_pin_settg.latch_dur = BMI160_LATCH_DUR_40_MILLI_SEC;// non-latched output

	/* Select the Any-motion interrupt parameters */
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_en = BMI160_ENABLE;// 1- Enable the any-motion, 0- disable any-motion 
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_x = BMI160_ENABLE;// Enabling x-axis for any motion interrupt
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_y = BMI160_ENABLE;// Enabling y-axis for any motion interrupt
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_z = BMI160_ENABLE;// Enabling z-axis for any motion interrupt
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_dur = 0;// any-motion duration
	int_config.int_type_cfg.acc_any_motion_int.anymotion_thr = 100;
	/* Set the Any-motion interrupt */
	rslt=bmi160_set_int_config(&int_config, &bmi160sensor); /* bmi160sensor is an instance of the structure bmi160_dev  */
}

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