LSM6DS3TR 六轴传感器驱动及数据读取

2、读取 WHO AM I 寄存器返回值，验证通讯是否可靠

WHO AM I 是只读寄存器，地址为 0x0F，其内部 1 个字节的数据位在出厂时就已经配置好，不可更改。LSM6DS3TR 芯片在收到读取 WHO AM I 寄存器的指令后，会发送固定的 0x6A 一个字节数据到主机，该寄存器可用于检验主机和从机的通讯有无异常。由于代码简单，且与配置寄存器无关，所以本部分代码没有以函数形式体现，在完整初始化代码中有包含。

3、设置加速度计输出速率和满量程选择

CTRL1_XL 寄存器中的 ODR_XL[3:0] 四位用来配置加速度计的数据输出速率，输出速率配置为 208Hz 表示加速度计每秒钟输出 208 个完整的三轴加速度数据，当传感器的输出速率提高后，主机读取数据的速度也要跟上哦，否则会造成资源浪费。

/***********************************************************************
 [函数名称]SetAccelerateRate_LSM6D
 [函数功能]设置加速度数据输出速率
 ***********************************************************************/
#define RATE_208Hz 0x50
void SetAccelerateRate_LSM6D(void) {
    uint8_t buf[1] = {0};
    IIC_Read(CTRL1_XL, buf, 1);   //读取 CTRL1_XL 寄存器值
    buf[0] |= RATE_208Hz;         //设置加速度计的数据输出速率为 208Hz
    IIC_Send(CTRL1_XL, buf, 1);
}

CTRL1_XL 寄存器中的 FS_XL[1:0] 两位用来配置加速度计的最大量程选择，根据你的应用场景，参考下表做出选择：

本例程中选择最大量程±4g，传感器最大量程不同，由原始数据转换为可用数据的转换系数也不同，在数据手册中根据自己的配置选择对应的转换系数：

/**************************************************************************
 [函数名称]SetAccelerateFullScale_LSM6D
 [函数功能]设置加速度计的满量程
 **************************************************************************/
#define ACC_FSXL_4G 0x08
void SetAccelerateFullScale_LSM6D(void) {
    uint8_t buf[1] = {0};
    IIC_Read(CTRL1_XL, buf, 1);   //读取 CTRL1_XL 寄存器配置
    buf[0] |= ACC_FSXL_4G;        //设置加速度计的满量程
    IIC_Send(CTRL1_XL, buf, 1);
}

4、设置陀螺仪输出速率和满量程选择

CTRL2_G 寄存器的 ODR_G[3:0] 四位用来控制陀螺仪的输出速率，如果同时使用陀螺仪和加速度计的话，建议两者的输出速率保持一致。加速度计的输出速率我设置的是 208Hz，陀螺仪保持一致，也为 208Hz，ODR_G[3:0] 配置为 0101，即 0x05。

/*****************************************************************************
 [函数名称]SetAngleSpeedRate_LSM6D
 [函数功能]设置陀螺仪数据输出速率
 *****************************************************************************/
void SetAngleSpeedRate_LSM6D(void) {
    uint8_t buf[1] = {0};
    IIC_Read(CTRL2_G, buf, 1);    //读取 CTRL2_G 寄存器的配置
    buf[0] |= RATE_208Hz;         //设置加速度计的数据采样率为 208Hz
    IIC_Send(CTRL2_G, buf, 1);
}

CTRL2_G 寄存器的 FS_G[1:0] 两位用来控制陀螺仪的最大量程选择，量程越小，能表示的数值越精确，精度越高，我这里配置的是 500dps，表示陀螺仪最大能检测每秒钟 500°的旋转，像是体操运动员空中转体一圈半，已经能够满足日常生活中的大部分需求。以下是陀螺仪量程和应用场景的对应表，可以参考：

/*****************************************************************************
 [函数名称]SetAngleSpeedFullScale_LSM6D
 [函数功能]设置陀螺仪满量程
 *****************************************************************************/
#define GYR_FSG_500 0x04
void SetAngleSpeedFullScale_LSM6D(void) {
    uint8_t buf[1] = {0};
    IIC_Read(CTRL2_G, buf, 1);
    buf[0] |= GYR_FSG_500;        //设置加速度计的最大量程 500dps
    IIC_Send(CTRL2_G, buf, 1);
}

5、设置加速度计 BW 带宽

CTRL1_XL 寄存器中的 LPF1_BW_SEL 位和加速度计的滤波带宽选择有关，需要结合 CTRL8_XL 寄存器中的功能位进行配置，官方给了一个参考表 Table73（见下文），在这个表中很清晰的给出了配置加速度计带宽和滤波的选择。

BW0_XL 位则和高通滤波有关，如果加速度计输出速率>1.67KHz，就需要配置该位，但是我们设置的输出速率是 208Hz，所以这个寄存器位可以不管，保持默认状态就可以。

CTRL8_XL 寄存器用来控制加速度计的带宽和滤波选择，可以参考下表 Table73 来进行配置，比较关键的是 INPUT_COMPOSITE 位，这个位控制输出数据是 Low Noise（低噪声）还是 Low Latency（低延时），本例程中将 CTRL8_XL 寄存器中的 INPUT_COMPOSITE 位置 1，使用低噪声模式，更注重加速度计输出数据的精度。

加速度计滤波路径和带宽的选择原理就不详细介绍了，感兴趣的可以在数据手册里面查找，我们配置的输出速率是 208Hz，工作频率不算高频，实际应用中噪声也在可接受的范围内，所以这里只是简单配置了一下加速度计的带宽和滤波器试验了一下，陀螺仪的滤波相关寄存器配置保持默认，不影响正常输出。

/**************************************************************************
 [函数名称]SetAcceleratemeterBW_LSM6d
 [函数功能]设置加速度计带宽选择
 **************************************************************************/
#define LSM6DS3TRC_ACC_BW0XL_400HZ 0x01      //加速度计模拟带宽
#define LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_50 0x88  //低通滤波器
void SetAcceleratemeterBW_LSM6d(void) {
    uint8_t buf[1] = {0};
    IIC_Read(CTRL1_XL, buf, 1);
    buf[0] |= LSM6DS3TRC_ACC_BW0XL_400HZ;
    IIC_Send(CTRL1_XL, buf, 1);
    IIC_Read(CTRL8_XL, buf, 1);
    buf[0] |= LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_50;
    IIC_Send(CTRL8_XL, buf, 1);
}

6、驱动代码

将上文中的各个函数补充到这个 LSM6DS3TR 的初始化函数中，就可以实现六轴传感器的正确驱动。

#define ADDR_Read 0xD5       //IIC 读地址
#define ADDR_Write 0xD4      //IIC 写地址
#define CTRL1_XL 0x10        //LSM6DS3TR 寄存器地址
#define CTRL2_G 0x11
#define CTRL3_C 0x12
#define CTRL8_XL 0x17
#define STATUS_REG 0x1E      //加速度计的模拟链带宽
#define LSM6DS3TRC_ACC_BW0XL_1500HZ 0x00
#define LSM6DS3TRC_ACC_BW0XL_400HZ 0x01      //加速度计带宽选择
#define LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_50 0x88  //低通滤波器
#define LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_100 0xA8
#define LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_9 0xC8
#define LSM6DS3TRC_ACC_LOW_PASS_ODR_400 0xE8

/**************************************************************************
 [函数名称]SelfTest_LSM6D
 [函数功能]检测 IIC 总线上挂载的设备是否存在
 **************************************************************************/
uint8_t SelfTest_LSM6D(uint8_t addr) {
    uint8_t recAck = 0xFF; //接收变量
    IIC_Start();           //IIC 启动信号
    IIC_SendByte(addr);    //发送地址
    recAck = IIC_MasterRec_Ack(); //主机接收 ACK 信号
    IIC_Stop();            //IIC 停止信号
    return (recAck == 0);
}

/**************************************************************************
 [函数名称]Init_LSM6D
 [函数功能]初始化函数
 **************************************************************************/
BOOL Init_LSM6D(void) {
    if(SelfTest_LSM6D(ADDR_Read) == false) //验证 IIC 数据线上有无设备
        return false;
    Reset_LSM6D();                         //软件复位
    
    uint8_t WhoAmI = 0;                    //验证通信是否建立
    IIC_Read(0x0F, &WhoAmI, 1);
    if(WhoAmI != 0x6A)                     //如果 IIC 通信错误
        return false;
    
    SetAccelerateRate_LSM6D();             //设置加速度计输出速率 208Hz
    SetAccelerateFullScale_LSM6D();        //设置加速度计满量程+-4g
    SetAngleSpeedRate_LSM6D();             //设置陀螺仪数据输出速率 208Hz
    SetAngleSpeedFullScale_LSM6D();        //设置陀螺仪满量程 500dps
    SetAcceleratemeterBW_LSM6d();          //设置加速度计 BW
    
    return true;
}

三、LSM6DS3TR 传感器数据读取

在完成驱动部分代码设计之后，我们就可以实现六轴传感器的正常运行了，并通过 LSM6DS3TR 传感器中状态寄存器的 GDA（陀螺仪）和 XLDA（加速度计）标志位，判断陀螺仪和加速度计数据是否准备就绪，从而进行正确的读取。

union{
    //加速度一级缓存，原始数据
    struct {
        int16_t X;
        int16_t Y;
        int16_t Z;
    }m_Data;
    uint8_t m_Byte[6];
}Acceleration;

union{
    //角速度一级缓存，原始数据
    struct {
        int16_t X;
        int16_t Y;
        int16_t Z;
    }m_Data;
    uint8_t m_Byte[6];
}AngleSpeed;

union {
    //读状态寄存器的位域
    struct{
        //从上到下，位由低到高
        uint8_t XLDA : 1; //加速度计有效标志位
        uint8_t GDA : 1;  //陀螺仪有效标志位
        uint8_t TDA : 1;  //温度数据有效标志位，不使用
        uint8_t : 5;      //无关位
    }m_Bit;
    //位域结构体
    uint8_t m_Byte;
}status; //状态寄存器读取缓存

/*****************************************************************************
 [函数名称]Read_LSM6D
 [函数功能]定时运行函数，使用定时器 15ms 调用一次，但是有误差
 [备 注] 定义坐标轴方向 —— x：正前；y：右； z：上
 实际坐标轴方向 —— y：正前；x：右；-z：上
 由于安装时芯片翻了个个，所以坐标轴方向有变动，注意区分
 *****************************************************************************/
void Read_LSM6D(void) {
    IIC_Read(STATUS_REG, &status.m_Byte, 1); //读状态寄存器的值到缓存
    
    if(status.m_Bit.GDA == true) //如果角速度就绪标志位为 1
    {
        IIC_Read(0x22, AngleSpeed.m_Byte, 6); //读取 6 字节的角速度数据
        //转换为 °/s，注意与芯片安装位置的方向对应
        data.gyro.x = AngleSpeed.m_Data.Y * 17.5f / 1000.0f; //将原始数据转换为°/s
        data.gyro.y = AngleSpeed.m_Data.X * 17.5f / 1000.0f; //根据最大量程选择转换系数 17.5
        data.gyro.z = -AngleSpeed.m_Data.Z * 17.5f / 1000.0f;
    }
    
    if(status.m_Bit.XLDA == true) //如果加速度就绪标志位为 1
    {
        IIC_Read(0x28, Acceleration.m_Byte, 6); //读取 6 字节的加速度数据
        //加速度转换为 g/m2，注意方向
        data.accel.x = Acceleration.m_Data.Y * 0.122f / 1000.0f; //将原始数据转换为 g/m²
        data.accel.y = Acceleration.m_Data.X * 0.122f / 1000.0f; //根据最大量程选择转换系数 0.122
        data.accel.z = -Acceleration.m_Data.Z * 0.122f / 1000.0f;
    }
}

四、总结

本文详细阐述了 LSM6DS3TR 六轴传感器的驱动配置与数据读取流程。通过 IIC 接口完成复位、参数初始化及数据校验，实现了加速度与角速度数据的实时获取。开发者可根据实际硬件连接调整 IIC 引脚定义，并根据应用需求修改量程与输出速率配置。