[11]ESP32+三轴磁罗盘HMC5883L移植与调试

文章目录

一、开发笔记
二、初始化与工作流程
- 1. 设置测量模式
- 2. 设置采样率（默认15Hz）
- 3. 设置测量范围
- 4. 校准
- 5. 开始测量
- 6. 自测试操作（可选）
三、寄存器表
- 1. 00-配置寄存器A
- 2. 01-配置寄存器B
- 3. 02-模式寄存器
- 4. 09-状态寄存器
- 5. 10-12 Identification Register A/B/C
- 6. 03-08 Data Output Register

ESPlane 项目更名为 ESP-Drone 现已公开代码仓库和文档
代码仓库：https://github.com/espressif/esp-drone
中文文档：https://docs.espressif.com/projects/espressif-esp-drone/zh_CN/latest/index.html

一、开发笔记

常用的地磁传感器主要有FreeScale（飞思卡尔）的MAG 系列和 Honeywell（霍尼韦尔）的HMC 系列。
HMC5883 的工作电压在2.16V~3.6V 之间，典型为3.3V。可通过VDDIO 口来指定IO的工作电压（1.71v-VDD）。
设备默认地址0x3C for write operations, or 0x3D for read operations.
磁场范围广（+/-8Oe），测量误差1-2度，最大输出频率可达160Hz ，默认15hz
HMC5883L仅有13个寄存器，其中03-08为数据输出寄存器（只读）,09为状态寄存器（只读），标示是否有新数据等。00-02为配置和模式选择寄存器（读写）。10-12为识别寄存器，对应的ASCII字符分别是‘H’，‘4’，‘3’（见下表寄存器列表）
支持自动地址指针：例如访问过最后一个数据输出寄存器08后，地址指针自动指向03，不必再写入03地址，可以再次进行数据读取。

If (address pointer = 08) then address pointer = 03
Else if (address pointer >= 12) then address pointer = 0
Else (address pointer) = (address pointer) + 1

二、初始化与工作流程

1. 设置测量模式

默认为单次测量模式，可以通过更改02模式选择寄存器切换成连续测量模式

通电时间后传送三个字节：0x3C 0x02 0x00

2. 设置采样率（默认15Hz）

修改00-配置寄存器，配置数据输出寄存器的写入频率，和每次写入的采样次数。以下展示一种防止出错的写法：

#define HMC5883L_RA_CONFIG_A        0x00    //配置寄存器A 地址00#define HMC5883L_AVERAGING_1        0x00   //4种采样次数宏定义，CRA6-CRA5
#define HMC5883L_AVERAGING_2        0x01
#define HMC5883L_AVERAGING_4        0x02
#define HMC5883L_AVERAGING_8        0x03#define HMC5883L_RATE_0P75          0x00  //7种采样频率的宏定义 CRA4-CRA2
#define HMC5883L_RATE_1P5           0x01
#define HMC5883L_RATE_3             0x02
#define HMC5883L_RATE_7P5           0x03
#define HMC5883L_RATE_15            0x04
#define HMC5883L_RATE_30            0x05
#define HMC5883L_RATE_75            0x06#define HMC5883L_BIAS_NORMAL        0x00  //校准选项  CRA1-CRA0
#define HMC5883L_BIAS_POSITIVE      0x01
#define HMC5883L_BIAS_NEGATIVE      0x02

寄存器拼接：将以上宏定义设置的位，移动到对应的位置

#define HMC5883L_CRA_AVERAGE_BIT    6
#define HMC5883L_CRA_AVERAGE_LENGTH 2
#define HMC5883L_CRA_RATE_BIT       4
#define HMC5883L_CRA_RATE_LENGTH    3
#define HMC5883L_CRA_BIAS_BIT       1
#define HMC5883L_CRA_BIAS_LENGTH    2(HMC5883L_AVERAGING_8 << (HMC5883L_CRA_AVERAGE_BIT - HMC5883L_CRA_AVERAGE_LENGTH + 1)) |(HMC5883L_RATE_15 << (HMC5883L_CRA_RATE_BIT - HMC5883L_CRA_RATE_LENGTH + 1)) |(HMC5883L_BIAS_NORMAL << (HMC5883L_CRA_BIAS_BIT - HMC5883L_CRA_BIAS_LENGTH + 1))//配置信息：采样率15hz，每次结果来自8次采样，不进行校准

解读：采样次数选择为HMC5883L_AVERAGING_8，需要尾部对齐到 CRA5，已知头部的位置为CRA6（HMC5883L_CRA_AVERAGE_BIT），该选项暂居2bit（HMC5883L_CRA_AVERAGE_LENGTH）空间，可以推导出需要尾部移动6+1-2位（HMC5883L_CRA_AVERAGE_BIT - HMC5883L_CRA_AVERAGE_LENGTH + 1）

3. 设置测量范围

默认增益1090，范围±1.3Ga。无人机项目选择增益为660，测量范围为±2.5Ga

4. 校准

应用层校准，保存初始值。

5. 开始测量

如果是连续测量模式，直接读取寄存器03-08值即可，需要进行拼接操作。如果选择单次模式，读取之后，需要将模式寄存器再次置位。

  i2cdevReadReg8(I2Cx, devAddr, HMC5883L_RA_DATAX_H, 6, buffer);if (mode == HMC5883L_MODE_SINGLE) i2cdevWriteByte(I2Cx, devAddr, HMC5883L_RA_MODE, HMC5883L_MODE_SINGLE << (HMC5883L_MODEREG_BIT - HMC5883L_MODEREG_LENGTH + 1));*x = (((int16_t)buffer[0]) << 8) | buffer[1];*y = (((int16_t)buffer[4]) << 8) | buffer[5];*z = (((int16_t)buffer[2]) << 8) | buffer[3];

6. 自测试操作（可选）

保存配置寄存器参数
设置增益为440 （HMC5883L_GAIN_440 // Gain value during self-test）
设置寄存器A，进行正向测试 HMC5883L_BIAS_POSITIVE
设置单次模式，读取正向测量值
设置寄存器B，进行负向测试 HMC5883L_BIAS_NEGATIVE
设置单次模式，读取反向测量值
依次比较正向和负方向测量值是否在正常范围内

#define HMC5883L_ST_GAIN            HMC5883L_GAIN_440  // Gain value during self-test
#define HMC5883L_ST_GAIN_NBR        440
#define HMC5883L_ST_ERROR           0.2                // Max error
#define HMC5883L_ST_DELAY_MS        250                // delay in millisec during self test */
#define HMC5883L_ST_X_NORM          (int32_t)(1.16 * HMC5883L_ST_GAIN_NBR)
#define HMC5883L_ST_X_MIN           (int32_t)(HMC5883L_ST_X_NORM - (HMC5883L_ST_X_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))
#define HMC5883L_ST_X_MAX           (int32_t)(HMC5883L_ST_X_NORM + (HMC5883L_ST_X_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))
#define HMC5883L_ST_Y_NORM          (int32_t)(1.16 * HMC5883L_ST_GAIN_NBR)
#define HMC5883L_ST_Y_MIN           (int32_t)(HMC5883L_ST_Y_NORM - (HMC5883L_ST_Y_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))
#define HMC5883L_ST_Y_MAX           (int32_t)(HMC5883L_ST_Y_NORM + (HMC5883L_ST_Y_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))
#define HMC5883L_ST_Z_NORM          (int32_t)(1.08 * HMC5883L_ST_GAIN_NBR)
#define HMC5883L_ST_Z_MIN           (int32_t)(HMC5883L_ST_Z_NORM - (HMC5883L_ST_Z_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))
#define HMC5883L_ST_Z_MAX           (int32_t)(HMC5883L_ST_Z_NORM + (HMC5883L_ST_Z_NORM * HMC5883L_ST_ERROR))

三、寄存器表

地址	HMC5883L寄存器名称	访问权限
00	配置寄存器 A	读/写
01	配置寄存器 B	读/写
02	模式寄存器	读/写
03	数据输出 X MSB 寄存器	读
04	数据输出 X LSB 寄存器	读
05	数据输出 Z MSB寄存器	读
06	数据输出 Z LSB 寄存器	读
07	数据输出 Y MSB 寄存器	读
08	数据输出 Y LSB 寄存器	读
09	状态寄存器	读
10	识别寄存器A	读
11	识别寄存器B	读
12	识别寄存器C	读

1. 00-配置寄存器A

主要用于配置数据输出速率，每次输出结果的采样数。

2. 01-配置寄存器B

用于配置传感器增益（灵敏度和测量范围）

3. 02-模式寄存器

配置不同的工作模式：连续测量模式、单一测量模式、闲置模式。

4. 09-状态寄存器

LOCK：放置输出寄存器读取期间写入数据，在数据读取期间置位，数据不会在更新，读取完成后自动解锁。
RDY：Ready Bit，与DRDY引脚电平绑定，当数据写入数据寄存器完成，该位置位。开始写入时状态清零并保持250us。

5. 10-12 Identification Register A/B/C

三个寄存器为只读寄存器
三个寄存器的数值，对应成ASCII码分别是‘H’ ‘4’ ‘3’

6. 03-08 Data Output Register

每个通道的输出对应两个8位寄存器A和B，大数端存放。
寄存器A存储MSB（高位数据），寄存器B存储LSB（低位数据）。
两个寄存器保存数据为补码形式，范围0xF800–0x07FF(-2048–2047 )