ESP32 开发笔记(三）源码示例 10_IIC_ADXL345 使用IIC总线实现读取ADXL345角度加速度传感器

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开发板简介
开发环境搭建 windows
源码示例：
    0_Hello Bug （ESP_LOGX与printf）    工程模板/打印调试输出
    1_LED                                                    LED亮灭控制       
    2_LED_Task                                          使用任务方式控制LED
    3_LEDC_PWM                                      使用LEDC来控制LED实现呼吸灯效果
    4_ADC_LightR                                      使用ADC读取光敏电阻实现光照传感
    5_KEY_Short_Long                              按钮长按短按实现
    6_TouchPad_Interrupt                          电容触摸中断实现
    7_WS2812_RMT                                  RGB_LED彩虹变色示例
    8_DHT11_RMT                                    使用RMT实现读取DHT11温湿度传感器
    9_SPI_SDCard                                    使用SPI总线实现TF卡文件系统示例
    10_IIC_ADXL345                                使用IIC总线实现读取ADXL345角度加速度传感器
    11_IIC_AT24C02                                 使用IIC总线实现小容量数据储存测试
    12_IR_Rev_RMT                                使用RMT实现红外遥控接收扫码（NEC）
    13_IR_Send_RMT                              使用RMT实现红外数据发送（NEC）
    14_WIFI_Scan                                    附近WIFI信号扫描示例    
    15_WIFI_AP                                        创建软AP示例
    16_WIFI_AP_TCP_Server                  在软AP模式下实现TCP服务端
    17_WIFI_AP_TCP_Client                   在软AP模式下实现TCP客户端
    18_WIFI_AP_UDP                              在软AP模式下实现UDP通讯
    19_WIFI_STA                                      创建STA站模
    20_WIFI_STA_TCP_Server                在站模式STA下实现TCP服务端
    21_WIFI_STA_TCP_Client                 在站模式STA下实现TCP客户端
    22_WIFI_STA_UDP                            在站模式STA下实现UDP通讯
    23_LVGL_Test                                     LVGL图形库简单示例

IIC 简介
IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接
微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。
在 CPU 与被控 IC 之间、 IC 与 IC 之间进行双向传送， 高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。
I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答
信号。
开始信号： SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号： SCL 为高电平时， SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，
表示已收到数据。 CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号， CPU 接
收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为
受控单元出现故障。
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。 IIC 总线时序图如
图所示：

ADXL345 简介

ADXL345 是 ADI 公司的一款 3 轴、数字输出的加速度传感器。 ADXL345 是 ADI 公司推
出的基于 iMEMS 技术的 3 轴、数字输出加速度传感器。该加速度传感器的特点有：
 分辨率高。最高 13 位分辨率。
 量程可变。具有+/-2g， +/-4g， +/-8g， +/-16g 可变的测量范围。
 灵敏度高。最高达 3.9mg/LSB，能测量不到 1.0°的倾斜角度变化。
 功耗低。 40~145uA 的超低功耗，待机模式只有 0.1uA。
 尺寸小。整个 IC 尺寸只有 3mm*5mm*1mm， LGA 封装。
ADXL 支持标准的 I2C 或 SPI 数字接口，自带 32 级 FIFO 存储，并且内部有多种运动状态
检测和灵活的中断方式等特性。 ADXL345 传感器的检测轴如图所示

当 ADXL345 沿检测轴正向加速时，它对正加速度进行检测。在检测重力时用户需要注意，
当检测轴的方向与重力的方向相反时检测到的是正加速度。图所示为输出对重力的响应

上图列出了 ADXL345 在不同摆放方式时的输出，以便后续分析。接下来我们看看
ADXL345 的引脚图，如图

ADXL345 支持 SPI 和 IIC 两种通信方式，为了节省 IO 口，开发板采用的是 IIC方式连接，官方推荐的 IIC 连接电路如图所示：

从上图可看出， ADXL345 的连接十分简单，外围需要的器件也极少（就 2 个电容），如上
连接（SDO/ALT ADDRESS 接地），则 ADXL345 的地址为 0X53（不含最低位），如果 SDO/ALT
ADDRESS 接高，那么 ADXL345 的地址将变为 0X1D（不含最低位）。
 

一、硬件设计/原理

查看开发板原理图，IIC的SDA接到了ESP32模块的GPIO22，IIC的SCL接到了ESP32模块的GPIO21引脚，INT引脚因为GPIO数量紧张所有未接主控。

二、程序设计

先引用必要头文件

// ADXL345 Example

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "adxl345.h"

定义数据线GPIO

// IIC信号线定义
#define SCL_PIN		GPIO_NUM_21
#define SDA_PIN		GPIO_NUM_22

主函数开启一个任务不停读取传感器数据

void app_main() {

	ESP_LOGI(TAG, "APP Start......");
	ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
	xTaskCreate(&ADXL345_Task,	//pvTaskCode
			"ADXL345_Task",//pcName
			4096,//usStackDepth
			NULL,//pvParameters
			4,//uxPriority
			NULL//pxCreatedTask
			);
}

任务函数中负责芯片初始化和死循环读取ADXL345姿态数据

static void ADXL345_Task(void *pvParameters) {
	uint8_t ret = 0;
	ret = Init_ADXL355(SDA_PIN,SCL_PIN);
	ESP_LOGI(TAG,"Init_ADXL355: %d",ret);
	ESP_LOGI(TAG,"Devices ID = 0x%02X ",GetAnalogDevicesID());             // Always 0xE5
	while (1) {
		Get_ADXL345_Average();
		vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
	}
}

ADXL345初始化函数中，初始化IIC总线，检查芯片ID，设置必要的寄存器

uint8_t Init_ADXL355(uint8_t sdaPin, uint8_t sclPin) 
{
    i2c_config_t conf;                          //I2C 配置结构体
    conf.mode = I2C_MODE_MASTER;                //I2C 模式
    conf.sda_io_num = sdaPin;                   //SDA IO映射
    conf.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;    //SDA IO模式
    conf.scl_io_num = sclPin;                   //SCL IO映射
    conf.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;    //SCL IO模式
    conf.master.clk_speed = 200000;             //I2C CLK频率
    i2c_param_config(I2C_NUM_1, &conf);    //设置I2C1
    //注册I2C1服务即使能
    i2c_driver_install(I2C_NUM_1, conf.mode,I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE,I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE,0);
	if(GetAnalogDevicesID()==0XE5){	//读取器件ID
		ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);		// 先关闭中断
		ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X0B);		// 禁用自测力 4线spi模式 高电平中断有效,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程 1B
		ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x1A);			// 低功耗模式，最低速度   数据输出速度为100Hz 12.5
		ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x08);			// 自动休眠模式 休眠时以8HZ频率采样 INT_ENABLE 38 08
		ADXL345_WR_Reg(INT_MAP,0xA0);			// THRESH_TAP/ACTIVITY映射到INT1引脚
		ADXL345_WR_Reg(THRESH_ACT,125);			// 检测活动(ACTIVITY)的阈值，62.5mg/LSB ，其中0x10代表16, 16*62.5=1000mg, 也就是1g， 0x04表示4*62.5 = 250mg
		ADXL345_WR_Reg(THRESH_INACT,0x40);		// 设置静止检测阈值inactivity 62.5mg/LSB
		ADXL345_WR_Reg(TIME_INACT,0x01);	   	// 当小于inactivity值时间超过0X02 2s后进入睡眠模式
		ADXL345_WR_Reg(ACT_INACT_CTL,0x77);	   	// 直流触发配置，XYZ使能触发配置，所有轴都参与  CC
		ADXL345_WR_Reg(THRESH_FF,0x08);			// 自由跌落阈值，0x05-0x09 300mg-600mg 所有轴都参与判断加速度 62.5mg/LSB
		ADXL345_WR_Reg(TIME_FF,0x14);			// 自由跌落时间 0x14-0x46 100ms-350ms 5ms/LBS
		ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x14);	   	// 中断使能 使能Activity中断,使能Free_Fall中断 14	
		return 0;
	}			
	return 1;	   
}

使用IIC读取/写入寄存器

//写ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//val:要写入的值
//返回值:无
void ADXL345_WR_Reg(uint8_t addr,uint8_t val) 
{
	esp_err_t ret = 0;
	uint8_t data = 0;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
	i2c_master_write_byte(cmd, SensorAdd << 1 | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN);
	i2c_master_write_byte(cmd, addr, ACK_CHECK_EN);
	i2c_master_write_byte(cmd, val, ACK_CHECK_EN);
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_1, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
	return data;
}
//读ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//返回值:读到的值
uint8_t ADXL345_RD_Reg(uint8_t addr) 		
{
	esp_err_t ret = 0;
	uint8_t data = 0;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
	i2c_master_write_byte(cmd, SensorAdd << 1 | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN);
	i2c_master_write_byte(cmd, addr, ACK_CHECK_EN);
    i2c_master_start(cmd);
	i2c_master_write_byte(cmd, SensorAdd << 1 | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
    i2c_master_read_byte(cmd, &data, NACK_VAL);
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_1, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
	return data;
}  

读取角度信息

// ADXL345 角度采集
uint16_t Get_ADXL345_Average(void)
{
	short x,y,z;  	    
	short angx,angy,angz;
	uint8_t xbuf[15], ybuf[15], zbuf[15];
	//得到X,Y,Z轴的加速度值(原始值)
	ADXL345_Read_Average(&x, &y,&z,10);	//读取X,Y,Z三个方向的加速度值 
	//printf("ADXL345-> X:%d	Y:%d	Z:%d \r\n",x,y,z);		//显示加速度原始值
	//得到角度值,并显示
	angx=ADXL345_Get_Angle(x,y,z,1);
	angy=ADXL345_Get_Angle(x,y,z,2);
	angz=ADXL345_Get_Angle(x,y,z,0);
	memset(xbuf,0,15);
	memset(ybuf,0,15);
	memset(zbuf,0,15);
	if(angx<0){
		angx = -angx;
		sprintf((char *)xbuf,"-%d.%d",(uint16_t)angx/10,(uint16_t)angx%10);
	}else{
		sprintf((char *)xbuf,"%d.%d",(uint16_t)angx/10,(uint16_t)angx%10);
	}
	if(angy<0){
		angy = -angy;
		sprintf((char *)ybuf,"-%d.%d",(uint16_t)angy/10,(uint16_t)angy%10);
	}else{
		sprintf((char *)ybuf,"%d.%d",(uint16_t)angy/10,(uint16_t)angy%10);
	}
	if(angz<0){
		angz = -angz;
		sprintf((char *)zbuf,"-%d.%d",(uint16_t)angz/10,(uint16_t)angz%10);
	}else{
		sprintf((char *)zbuf,"%d.%d",(uint16_t)angz/10,(uint16_t)angz%10);
	}
	printf("ADXL345->ANG X:%s	Y:%s	Z:%s \r\n",xbuf,ybuf,zbuf);		//显示加速度原始值
	return (uint16_t)angz/10;
}

三、下载测试

打开ESP-IDF Command Prompt

cd命令进入此工程目录

cd F:\ESP32_DevBoard_File\10_IIC_ADXL345

查看电脑设备管理器中开发板的串口号

执行idf.py -p COM9 flash monitor从串口9下载并运行打开口显示设备调试信息   Ctrl+c退出运行

 

把开发板转换不同角度，查看串口信息开发板角度姿态数据