下载文档原格式
陀螺仪的工作原理及应用1. 什么是陀螺仪？陀螺仪是一种测量和维持方向的装置。
它基于陀螺效应，通过测量旋转物体的角速度来确定方向。
陀螺仪通常由一个旋转的转子、感应器和电子处理器组成。
2. 陀螺仪的工作原理陀螺仪的工作原理基于陀螺效应。
陀螺效应是指当一个旋转物体受到作用力时，其轴会发生偏离，进而产生力矩来抵消外力。
陀螺仪利用这个原理来测量和维持方向。
具体而言，陀螺仪中的转子通过旋转产生角动量，并保持旋转轴不受外界力矩影响。
当陀螺仪发生旋转时，由于陀螺效应的作用，转子的旋转轴会发生偏移。
感应器会测量这个偏移量，并将其转化为电信号。
电子处理器会接收这些信号，并计算出陀螺仪的角速度和方向。
3. 陀螺仪的应用陀螺仪广泛应用于许多领域，包括但不限于以下几个方面：3.1 航空航天领域在航空航天领域，陀螺仪用于导航和姿态控制。
陀螺仪可以测量飞行器绕各个轴旋转的角速度和方向，并帮助飞行器保持稳定和正确的姿态。
3.2 汽车行业在汽车行业，陀螺仪可以用于车辆的导航和行为控制系统。
例如，陀螺仪可以测量车辆的转向角速度和方向，从而帮助车辆实时掌握方向信息，并提供更准确的导航和驾驶辅助功能。
3.3 智能手机和平板电脑陀螺仪还广泛应用于智能手机和平板电脑中。
这些设备中的陀螺仪可以感知设备的姿态和运动，并根据这些信息进行屏幕旋转、游戏姿态控制和虚拟现实等功能。
3.4 机器人技术在机器人技术中，陀螺仪被用作导航和姿态控制的重要组成部分。
陀螺仪可以帮助机器人定位、姿态控制和避障等关键任务。
3.5 其他领域此外，陀螺仪还被应用于激光测量、医疗设备、船舶导航等多个领域。
4. 陀螺仪的发展趋势随着技术的不断创新和发展，陀螺仪也在不断改进和进化。
目前的陀螺仪已经越来越小型化、精确化和高性能化。
未来，预计陀螺仪将会更小、更精确、更可靠，并且应用范围将会进一步扩大。
结论陀螺仪作为一种测量和维持方向的装置，基于陀螺效应工作，可广泛应用于航空航天、汽车行业、智能手机和平板电脑、机器人技术等多个领域。
第1篇一、实训背景陀螺仪是一种能够测量或维持物体姿态的传感器，广泛应用于航空、航天、航海、机器人、虚拟现实等领域。
为了提高对陀螺仪原理和应用的了解，我们进行了陀螺仪实训，通过实际操作和理论分析，掌握了陀螺仪的基本原理、工作原理、应用领域及调试方法。
二、实训目的1. 理解陀螺仪的基本原理和工作原理；2. 掌握陀螺仪的组成、结构及工作原理；3. 熟悉陀螺仪的应用领域及调试方法；4. 提高动手能力和实践操作能力。
三、实训内容1. 陀螺仪基本原理及工作原理（1）陀螺仪基本原理：陀螺仪是一种利用陀螺效应的传感器，通过测量物体角速度来检测物体姿态。
当陀螺仪受到外力矩作用时，陀螺仪的旋转轴会保持稳定，从而实现测量物体角速度和姿态的目的。
（2）陀螺仪工作原理：陀螺仪主要由转子、传感器、处理电路和输出接口等部分组成。
当陀螺仪受到外力矩作用时，转子会产生角动量，传感器将角动量转换为电信号，处理电路对电信号进行处理，最终输出物体角速度和姿态信息。
2. 陀螺仪组成及结构（1）转子：陀螺仪的核心部件，通常由高速旋转的金属或非金属材料制成，具有较高的旋转速度和稳定性。
（2）传感器：将转子的角动量转换为电信号，常见的传感器有光电式、磁电式、压电式等。
（3）处理电路：对传感器输出的电信号进行处理，提取物体角速度和姿态信息。
（4）输出接口：将处理后的信息输出，供其他设备使用。
3. 陀螺仪应用领域及调试方法（1）应用领域：航空、航天、航海、机器人、虚拟现实、运动控制、导航定位等。
（2）调试方法：根据陀螺仪的具体型号和应用场景，进行以下调试：①校准：通过软件或硬件手段，使陀螺仪输出准确的数据。
②滤波：对陀螺仪输出数据进行滤波处理，消除噪声和干扰。
③校准陀螺仪参数：根据实际应用需求，调整陀螺仪的参数，如采样频率、输出范围等。
四、实训过程1. 实训器材：陀螺仪模块、电脑、调试软件等。
2. 实训步骤：（1）了解陀螺仪的基本原理、组成及工作原理。
L3GD20陀螺仪学习1.初始化L3GD20端口配置。
将端口配置为SPI通信接口。
单片机端口初始化包括I/O端口，I/O端口spi系统时钟。
以STM32F303为例配置端口如下：static void L3GD20_LowLevel_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;/* Enable the SPI periph */RCC_APB2PeriphClockCmd(L3GD20_SPI_CLK, ENABLE);/* Enable SCK, MOSI and MISO GPIO clocks */RCC_AHBPeriphClockCmd(L3GD20_SPI_SCK_GPIO_CLK | L3GD20_SPI_MISO_GPIO_CLK | L3GD20_SPI_MOSI_GPIO_CLK, ENABLE);/* Enable CS GPIO clock */RCC_AHBPeriphClockCmd(L3GD20_SPI_CS_GPIO_CLK, ENABLE);/* Enable INT1 GPIO clock */RCC_AHBPeriphClockCmd(L3GD20_SPI_INT1_GPIO_CLK, ENABLE);/* Enable INT2 GPIO clock */RCC_AHBPeriphClockCmd(L3GD20_SPI_INT2_GPIO_CLK, ENABLE);GPIO_PinAFConfig(L3GD20_SPI_SCK_GPIO_PORT, L3GD20_SPI_SCK_SOURCE, L3GD20_SPI_SCK_AF);GPIO_PinAFConfig(L3GD20_SPI_MISO_GPIO_PORT, L3GD20_SPI_MISO_SOURCE, L3GD20_SPI_MISO_AF);GPIO_PinAFConfig(L3GD20_SPI_MOSI_GPIO_PORT, L3GD20_SPI_MOSI_SOURCE, L3GD20_SPI_MOSI_AF);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//GPIO_PuPd_DOWN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/* SPI SCK pin configuration */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_SCK_PIN;GPIO_Init(L3GD20_SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* SPI MOSI pin configuration */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_MOSI_PIN;GPIO_Init(L3GD20_SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* SPI MISO pin configuration */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_MISO_PIN;GPIO_Init(L3GD20_SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* SPI configuration -------------------------------------------------------*/SPI_I2S_DeInit(L3GD20_SPI);SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;SPI_Init(L3GD20_SPI, &SPI_InitStructure);/* Configure the RX FIFO Threshold */SPI_RxFIFOThresholdConfig(L3GD20_SPI, SPI_RxFIFOThreshold_QF); /* Enable SPI1 */SPI_Cmd(L3GD20_SPI, ENABLE);/* Configure GPIO PIN for Lis Chip select */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_CS_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(L3GD20_SPI_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* Deselect : Chip Select high */GPIO_SetBits(L3GD20_SPI_CS_GPIO_PORT, L3GD20_SPI_CS_PIN); /* Configure GPIO PINs to detect Interrupts */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_INT1_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_Init(L3GD20_SPI_INT1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = L3GD20_SPI_INT2_PIN;GPIO_Init(L3GD20_SPI_INT2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);}2.陀螺仪初始化配置配置陀螺仪芯片功能和芯片初始化设置对应寄存器配置及功能参考LG3D20数据手册代码示例如下：void L3GD20_Init(L3GD20_InitTypeDef *L3GD20_InitStruct){uint8_t ctrl1 = 0x00, ctrl4 = 0x00;/* Configure the low level interface ---------------------------------------*/L3GD20_LowLevel_Init();/* Configure MEMS: data rate, power mode, full scale and axes */L3GD20_InitStructure.Power_Mode = L3GD20_MODE_ACTIVE; //0x08 L3GD20_InitStructure.Output_DataRate = L3GD20_OUTPUT_DATARA TE_1; //0x00L3GD20_InitStructure.Axes_Enable = L3GD20_AXES_ENABLE; //0x07L3GD20_InitStructure.Band_Width = L3GD20_BANDWIDTH_4; //0x30L3GD20_InitStructure.BlockData_Update = L3GD20_BlockDataUpdate_Continous; //0x00 L3GD20_InitStructure.Endianness = L3GD20_BLE_LSB; //0x00L3GD20_InitStructure.Full_Scale = L3GD20_FULLSCALE_500; //0x10ctrl1 |= (uint8_t) (L3GD20_InitStruct->Power_Mode | L3GD20_InitStruct->Output_DataRate | \L3GD20_InitStruct->Axes_Enable | L3GD20_InitStruct->Band_Width);ctrl4 |= (uint8_t) (L3GD20_InitStruct->BlockData_Update | L3GD20_InitStruct->Endianness | \L3GD20_InitStruct->Full_Scale);/* Write value to MEMS CTRL_REG1 regsister addres 0x20 Control register 1 write 0x3f */L3GD20_Write(&ctrl1, L3GD20_CTRL_REG1_ADDR, 1);/* Write value to MEMS CTRL_REG4 regsister addres 0x23 Control register 1 write 0x10 */L3GD20_Write(&ctrl4, L3GD20_CTRL_REG4_ADDR, 1);}void L3GD20_FilterConfig(L3GD20_FilterConfigTypeDef *L3GD20_FilterStruct){uint8_t tmpreg;/* Read CTRL_REG2 register */L3GD20_Read(&tmpreg, L3GD20_CTRL_REG2_ADDR, 1);tmpreg &= 0xC0;L3GD20_FilterStructure.HighPassFilter_Mode_Selection=L3GD20_HPM_NORMAL_MODE_RES; //0x00L3GD20_FilterStructure.HighPassFilter_CutOff_Frequency = L3GD20_HPFCF_0;//0x00/* Configure MEMS: mode and cutoff frquency */tmpreg |= (uint8_t) (L3GD20_FilterStruct->HighPassFilter_Mode_Selection |\L3GD20_FilterStruct->HighPassFilter_CutOff_Frequency);/* Write value to MEMS CTRL_REG2 regsister addres 0x21 Control register write 0xc0*/L3GD20_Write(&tmpreg, L3GD20_CTRL_REG2_ADDR, 1);}void L3GD20_FilterCmd(uint8_t HighPassFilterState){uint8_t tmpreg;/* Read CTRL_REG5 register */L3GD20_Read(&tmpreg, L3GD20_CTRL_REG5_ADDR, 1);tmpreg &= 0xEF;tmpreg |= HighPassFilterState; //0x10/* Write value to MEMS CTRL_REG5 regsister 0x24 Control register write 0xff*/L3GD20_Write(&tmpreg, L3GD20_CTRL_REG5_ADDR, 1);}3.L3GD20配置SPI数据读、写寄存器函数读取函数L3GD20_Read(uint8_t* pBuffer, uint8_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead) void L3GD20_Read(uint8_t* pBuffer, uint8_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead){if(NumByteToRead > 0x01){ReadAddr |= (uint8_t)(READWRITE_CMD | MULTIPLEBYTE_CMD);}else{ReadAddr |= (uint8_t)READWRITE_CMD;}/* Set chip select Low at the start of the transmission */L3GD20_CS_LOW();/* Send the Address of the indexed register */L3GD20_SendByte(ReadAddr);/* Receive the data that will be read from the device (MSB First) */while(NumByteToRead > 0x00){/* Send dummy byte (0x00) to generate the SPI clock to L3GD20 (Slave device) */*pBuffer = L3GD20_SendByte(DUMMY_BYTE);NumByteToRead--;pBuffer++;}/* Set chip select High at the end of the transmission */L3GD20_CS_HIGH();}写L3GD20寄存器函数L3GD20_Write(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)void L3GD20_Write(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite){/* Configure the MS bit:- When 0, the address will remain unchanged in multiple read/write commands.- When 1, the address will be auto incremented in multiple read/write commands.if(NumByteToWrite > 0x01){WriteAddr |= (uint8_t)MULTIPLEBYTE_CMD;}/* Set chip select Low at the start of the transmission */L3GD20_CS_LOW();/* Send the Address of the indexed register */L3GD20_SendByte(WriteAddr);/* Send the data that will be written into the device (MSB First) */while(NumByteToWrite >= 0x01){L3GD20_SendByte(*pBuffer);NumByteToWrite--;pBuffer++;}/* Set chip select High at the end of the transmission */L3GD20_CS_HIGH();}4.封装读取陀螺仪3轴数据函数将读取出来的数据进行处理计算Demo_GyroReadAngRate (float* pfData)void Demo_GyroReadAngRate (float* pfData){uint8_t tmpbuffer[6] ={0};int16_t RawData[3] = {0};uint8_t tmpreg = 0;float sensitivity = 0;int i =0;L3GD20_Read(&tmpreg,L3GD20_CTRL_REG4_ADDR,1);L3GD20_Read(tmpbuffer,L3GD20_OUT_X_L_ADDR,6);/* check in the control register 4 the data alignment (Big Endian or Little Endian)*/ /* 将10位数据进行叠加并选择大、小端模式处理*/if(!(tmpreg & 0x40)){for(i=0; i<3; i++){RawData[i]=(int16_t)(((uint16_t)tmpbuffer[2*i+1] << 8) + tmpbuffer[2*i]);}}else{for(i=0; i<3; i++)RawData[i]=(int16_t)(((uint16_t)tmpbuffer[2*i] << 8) + tmpbuffer[2*i+1]);}}/* Switch the sensitivity value set in the CRTL4 */switch(tmpreg & 0x30){case 0x00:sensitivity=L3G_Sensitivity_250dps;//L3G_Sensitivity_500dps=360/pibreak;case 0x10:sensitivity=L3G_Sensitivity_500dps; //L3G_Sensitivity_500dps=180/pi=57.1429 break;case 0x20:sensitivity=L3G_Sensitivity_2000dps;//L3G_Sensitivity_500dps=1/4*180/pibreak;}/* divide by sensitivity */for(i=0; i<3; i++){pfData[i]=(float)RawData[i]/sensitivity; //读出数据除以量程}}后续就是自己的算法处理机判断。
