磁力计数据读取--以 IST8310 为例

December 3, 2022·

这里以 iSentek 公司产出的 IST8310 型号的磁力计为例，尺寸为 3.0 3.0 1.0mm，支持快速 I2C 通信，可达 400kHz，14 位磁场数据，测量范围可达 1600uT(x,y-axis) 和 2500uT(z-axis)，最高 200Hz 输出频率
IST8310 的数据手册附在文件夹里面，可以自行阅读
同时这里的磁力计是安装在大疆公司出产的 RoboMaster 开发板 C 型，单片机芯片是 STM32F407IGH6，其外围电路已经设计好，只需要读取磁力计数据即可。
本篇不会介绍 SPI、I2C 等嵌入式通信协议，需要有一定嵌入式开发基础的同学来看（可以去看底层中介绍的 STM32 开发视频）
文末附代码

零、数据手册分析

第一章讲了 IST8310 的特性，I2C 通信，最高支持 400kHz 通信速率，14 位或者 16 位自适应数据输出等特性

第二章讲了内部结构

第三章讲了电气特性

第四章讲了如何联系他们

然后数据手册就没了。。。在大疆的开发手册中找到了寄存器的手册，如下：

一、CubeMX 配置

点开 I2C 配置选项，下图是配好的：

观察 IST8310 的数据手册，发现其支持最大 400kHz 的 I2C 通信速率，也就是快速 I2C 模式，所以第一行 I2C Speed Mode 我们选 Fast Mode

同时不要忘记了在 C 板中 I2C3 的两个 IO 口分别是 PA8 和 PC9（一般来说都是这两个）

之后观察大疆和 IST8310 的数据手册，发现控制 IST8310 重启的是 PG6 的 GPIO 口，低电平为重启，所以我们将其设置为高电平上拉输出模式

因为我们读取 IST8310 的程序运行在 1kHz 的 freertos 线程中，无需使用中断方式，所以我们不配置中断口

二、数据读取

总代码附在文末，这里放一些核心函数

IST8310 初始化：

void IST8310_INIT(ist8310_data_t* ist8310_data) {
    memset(ist8310_data, 0, sizeof(ist8310_data_t));

    ist8310_data->meg_error = IST8310_NO_ERROR;

    // 把磁力计重启
    HAL_GPIO_WritePin(IST8310_GPIOx, IST8310_GPIOp, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(50);
    HAL_GPIO_WritePin(IST8310_GPIOx, IST8310_GPIOp, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(50);

    // 基础配置
    // 不使能中断，直接读取
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_CNTL2_ADDR, IST8310_STAT2_NONE_ALL);
    // 平均采样四次
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_AVGCNTL_ADDR, IST8310_AVGCNTL_FOURTH);
    // 200Hz的输出频率
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_CNTL1_ADDR, IST8310_CNTL1_CONTINUE);

    ist8310_data->meg_error |= VerifyMegId(&ist8310_data->chip_id);
}

读取单个数据：

uint8_t ReadSingleDataFromIST8310(uint8_t addr) {
    uint8_t data;
    HAL_I2C_Mem_Read(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 10);
    return data;
}

读取多个数据：

void ReadMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len) {
    HAL_I2C_Mem_Read(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 10);
}

写入单个数据：

void WriteSingleDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t data) {
    HAL_I2C_Mem_Write(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 10);
}

写入多个数据：

void WriteMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len) {
    HAL_I2C_Mem_Write(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 10);
}

这里会发现一个比较有意思的事情，就是这里的地址都左移了一位，是因为根据 I2C 协议，[7:0]的一个字节的数据，前七位是地址，后一位是代表读或者写的位，这样子就需要把地址左移

读取磁力计数据：

void ReadIST8310Data(ist8310_raw_data_t* meg_data) {
    uint8_t buf[6];
    int16_t temp_ist8310_data = 0;
    ReadMultiDataFromIST8310(IST8310_DATA_XL_ADDR, buf, 6);
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[1] << 8) | buf[0]);
    meg_data->x = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[3] << 8) | buf[2]);
    meg_data->y = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[5] << 8) | buf[4]);
    meg_data->z = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
}

这里乘了一个系数 MAG_SEN，它的值是 0.3，是将读取到的数据转化为单位为 uT 的磁场值

下面就是源码，把IST8310_INIT()函数放在程序开始的地方，然后剩下的读取函数放在不断执行的线程里，就可以得到磁力计数据了

ist8310.c

/**
 * @Author         : Minghang Li
 * @Date           : 2022-12-03 14:29
 * @LastEditTime   : 2022-12-03 16:52
 * @Note           :
 * @Copyright(c)   : Minghang Li Copyright
 */
#include "ist8310.h"

#include <string.h>

#include "i2c.h"
#include "ist8310reg.h"

void IST8310_INIT(ist8310_data_t* ist8310_data) {
    memset(ist8310_data, 0, sizeof(ist8310_data_t));

    ist8310_data->meg_error = IST8310_NO_ERROR;

    // 把磁力计重启
    HAL_GPIO_WritePin(IST8310_GPIOx, IST8310_GPIOp, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(50);
    HAL_GPIO_WritePin(IST8310_GPIOx, IST8310_GPIOp, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(50);

    // 基础配置
    // 不使能中断，直接读取
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_CNTL2_ADDR, IST8310_STAT2_NONE_ALL);
    // 平均采样四次
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_AVGCNTL_ADDR, IST8310_AVGCNTL_FOURTH);
    // 200Hz的输出频率
    WriteSingleDataFromIST8310(IST8310_CNTL1_ADDR, IST8310_CNTL1_CONTINUE);

    ist8310_data->meg_error |= VerifyMegId(&ist8310_data->chip_id);
}

uint8_t ReadSingleDataFromIST8310(uint8_t addr) {
    uint8_t data;
    HAL_I2C_Mem_Read(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 10);
    return data;
}

void WriteSingleDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t data) {
    HAL_I2C_Mem_Write(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 10);
}

void ReadMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len) {
    HAL_I2C_Mem_Read(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 10);
}

void WriteMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len) {
    HAL_I2C_Mem_Write(&IST8310_I2C, (IST8310_I2C_ADDR << 1), addr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 10);
}

void ReadIST8310Data(ist8310_raw_data_t* meg_data) {
    uint8_t buf[6];
    int16_t temp_ist8310_data = 0;
    ReadMultiDataFromIST8310(IST8310_DATA_XL_ADDR, buf, 6);
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[1] << 8) | buf[0]);
    meg_data->x = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[3] << 8) | buf[2]);
    meg_data->y = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
    temp_ist8310_data = (int16_t)((buf[5] << 8) | buf[4]);
    meg_data->z = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
}

ist8310_error_e VerifyMegId(uint8_t* id) {
    *id = ReadSingleDataFromIST8310(IST8310_CHIP_ID_ADDR);
    if (*id != IST8310_CHIP_ID_VAL) {
        return MEG_ID_ERROR;
    } else {
        return IST8310_NO_ERROR;
    }
}

ist8310.h

/**
 * @Author         : Minghang Li
 * @Date           : 2022-12-03 14:29
 * @LastEditTime   : 2022-12-03 16:49
 * @Note           :
 * @Copyright(c)   : Minghang Li Copyright
 */
#pragma once

#include <stdint.h>

typedef struct ist8310_raw_data_t {
    float x;
    float y;
    float z;
} ist8310_raw_data_t;

typedef enum ist8310_error_e {
    IST8310_NO_ERROR = 0x00,
    MEG_ID_ERROR = 0x01,
} ist8310_error_e;

typedef struct ist8310_data_t {
    uint8_t chip_id;
    ist8310_raw_data_t meg_data;
    ist8310_error_e meg_error;
} ist8310_data_t;

/*-----整形向uT转换-----*/
#define MAG_SEN 0.3f

/*-----I2C接口定义-----*/
#define IST8310_I2C_ADDR 0x0E
#define IST8310_I2C hi2c3

/*-----GPIO口定义-----*/
#define IST8310_GPIOx GPIOG
#define IST8310_GPIOp GPIO_PIN_6

void IST8310_INIT(ist8310_data_t* ist8310_data);

// 基础读取函数
uint8_t ReadSingleDataFromIST8310(uint8_t addr);
void WriteSingleDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t data);
void ReadMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len);
void WriteMultiDataFromIST8310(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len);

// 功能函数
void ReadIST8310Data(ist8310_raw_data_t* meg_data);

// 校验函数
ist8310_error_e VerifyMegId(uint8_t* id);

ist8310reg.h

/**
 * @Author         : Minghang Li
 * @Date           : 2022-12-03 15:27
 * @LastEditTime   : 2022-12-03 16:53
 * @Note           :
 * @Copyright(c)   : Minghang Li Copyright
 */
#pragma once

/*-----IST8310寄存器地址-----*/
#define IST8310_CHIP_ID_ADDR 0x00
#define IST8310_CHIP_ID_VAL 0x10

#define IST8310_STAT1_ADDR 0x02

#define IST8310_DATA_XL_ADDR 0x03
#define IST8310_DATA_XH_ADDR 0x04
#define IST8310_DATA_YL_ADDR 0x05
#define IST8310_DATA_YH_ADDR 0x06
#define IST8310_DATA_ZL_ADDR 0x07
#define IST8310_DATA_ZH_ADDR 0x08

#define IST8310_STAT2_ADDR 0x09

#define IST8310_CNTL1_ADDR 0x0A
#define IST8310_CNTL1_SLEEP 0x00
#define IST8310_CNTL1_SINGLE 0x01
#define IST8310_CNTL1_CONTINUE 0x0B

#define IST8310_CNTL2_ADDR 0x0B
#define IST8310_STAT2_NONE_ALL 0x00

#define IST8310_SELF_CHECK_ADDR 0x0C

#define IST8310_TEMPL_ADDR 0x1C
#define IST8310_TEMPH_ADDR 0x1D

#define IST8310_AVGCNTL_ADDR 0x41
#define IST8310_AVGCNTL_TWICE 0x09
#define IST8310_AVGCNTL_FOURTH 0x12

效果如下：

IMU 综述