ToF 测距传感器 VL6180 使用踩坑记（软件 I2C）

最近项目上用到一款测距传感器 VL6180 ，实际网上资料已经很多了，而且都有现成的 Demo ，甚至拿来直接用都可以，实际上在使用 STM32 芯片做测试的时候，参考网上的现成例程，一切看起来都是正常的，但是在移植到项目需要的 51 上的时候，真的是一波三折，问题频出。

上一篇文章写到的 单片机中的 nop 函数 也是因为在移植的过程中遇到了问题，所以特地记录分析了一下，那么本文 主要就来说明一下在移植 VL6180 驱动的过程中遇到的问题，以及如何解决的。（本文的驱动为 软件 I2C 驱动）

我是矜辰所致，全网同名，尽量用心写好每一系列文章，不浮夸，不将就，认真对待学知识的我们，矜辰所致，金石为开！

传感器描述的基本介绍这里就不多说了，也不是什么新的传感器了，ST 官网和网上资料一大堆，简单来说，就是一款可以 测距离 和 光照强度 的传感器，通讯接口为 I2C 。

参考资料可以直接从 ST 官网下载，本文主要针对他的 测距功能说明。

可以测量的距离手册上是写的为 0 ~ 62 cm 最大（根据测量环境决定）。

个人建议如果你需要测量的是 20cm 以内的范围，传感器可以完美的适配。

如果大于 20cm ，就得斟酌一下，虽然我只需要测量 10 cm 以内的范围，但是发现超过 20 cm 的话准确度没那么高。（也许是我大距离没有认真测试，也许与我的测试环境有关。） 对于可以测量距离更远的传感器， ST 公司也有另一个型号的传感器：VL53L 系列的 ToF 测距传感器，测距可以达数米范围。

更新补充，上面说到超过 20 cm 有问题，并不是传感器本身的问题，而是传感器默认的测距范围就是 ~ 20cm ，如果需要测量到 40cm 或者 60cm ，需要修改配置，具体修改方式可参考我下面这篇文章：

ToF 测距传感器 VL6180 测量范围修改（软件 I2C）

扯远了，我们回来看看我们的 VL6180 ，主要看看传感器引脚以及如何自己画原理图以及 PCB。

当然，大多人接触到传感器都是现成的小模块，比如某宝买的小板子，使用起来直接给 3.3V GND SCL 和 SDA 接口连接即可，如下图：

关于上面某宝 VL6180 小模块的说明，模块上的 SCL SDA 是已经做过电平转换的，因为 SCL 和 SDA 是需要上拉到 2.8V ，所以使用小模块我们不管接 3.3V 或者 5V 的 IO，都可以直接连接使用， 但是如果 使用的单片机 为 1.8V 的 IO ，那么小模块不可以直接连接。

我在最开始的时候测试使用的是 STM32 ，也是直接用的现成的模块，但是因为后面移植到 1.8V 的单片机上（其实可以在小板子上面去掉电平转换的 MOS管后飞线使用），所以需要了解引脚以及原理图设计，所以这里还是需要说明一下这一部分，手册中对于引脚的定义如下：

手册上面推荐的原理图如下：

上图中红色部分，7脚本来是 NC ，但是建议连接 GND（不接的话一般正常使用也是没有问题的），因为在另一份官方文档中有这样的建议，如下图：

不仅如此，因为传感器使用的过程中，我遇到了一些问题，在官方的社区看到了 ST的工程师有过类似的回复，如下图：

以上介绍的是芯片的使用原理图，大家如果自己画 PCB ，直接按照上面的来就行了。

需要说明的是，官方推荐的 上拉是到 2.8V or 1.8V，我测试的时候发现 GPIO0 接 1.8V 不行，需要接2.8V。

然后 SCL 和 SDA ，1.8V 或者 2.8V 都可以，注意如果单片机的 IO 口为 1.8V高电平，那么可以直接连接，如果是 3.3V 或者 5V，就需要做电平转换。

GPIO1 不使用的话就什么都不接， 根据以上说明，那么传感器配上驱动就能正常使用了。

不管是自己画的 PCB 还是买的小模块，准备好了硬件后，就得写驱动程序了。

一个 软件 I2C 驱动包括，通用驱动（实现 i2c 起始信号，结束信号，读写功能的驱动） 和 传感器驱动（针对使用的传感器实现不同的数据读写的驱动）。

文章开头也说了，VL6180 传感器驱动程序实际上网上有现成的，比如博主找到的就是下面博文提供的驱动：

STM32驱动VL6180X测距

驱动不用多说，大家可以直接参考，我也确实在 STM32 上面测试成功了，结果如下图：

那对于上面推荐文章的驱动，我也是直接拿过来用的，当然，I2C 的通用驱动程序得自己实现，相信大家自己手头也应该有一份，我这里也再次放一遍，这个驱动好像是从以前正点原子那儿看到的一直沿用下来的。

i2c.c：

然后时间回到了正常的 us 级别，可能会比我们还想要的 5us ，10 us 多一点点 20到 30us 左右吧，但是这样就行了把，测试一下 … …

开始了各种怀疑（期间过程做过的事情）

发现不行，没有数据，折腾了好久，用示波器看一看，程序卡在上面那条语句。

怀疑是不是板子坏了？ 换了一块小板子，不行！ 换回 STM32 ，因为 STM32 是 3.3V 的IO ，所以也不能直接换，要注意电平转换之类的。 换回 STM32 就是正常的！ 会不会是电平转换的问题? 1.8V 我不和 2.8V 转换了，我直接自己画一块板子，VL6180 的SDA 和 SCL 直接与 单片机的 IO 口连接，上拉到1.8V 然后找原理图，画了小板子 期间还发现一个问题，GPIO 拉高到1.8V 不行，得拉高到2.8V 等待自己画的板子… … 到了后测试 … … 还是不行，一样的问题等不到数据OK！ 然后开始用示波器分析，先把在 STM32 上正常的流程观察一遍，我甚至都做了如下记录：

在while((VL6180X_ReadByte(VL6180X_REG_RESULT_INTERRUPT_STATUS_GPIO) & 0x04));这条语句基本上循环几次就可以正常读到状态位 然后回到 51 的板子上面，从读取 ID 到初始化，到初始化，到读取数据前面一步，一条一条对应，都是正常的…… 为了确保初始化的 I2C 通讯成功，我把驱动中的那些写寄存器都加了 while 语句，如果不成功就会卡主，如下图：

但是还是一样的问题，前面所有的通讯都正常，卡在等待数据准备好 当然，因为我一直觉得，I2C 时间多一点少一点问题不大，要不然前面也不能正常通讯啊 ** 为了更加接近 STM32 的周期，我把 51 时间象征性的缩小了，减少了一些 nop ，还是同样的问题（这里是关键！！！！ 考虑到过时间的问题，但是还是没有认真对待） ** 折腾了好久……

为什么？ 要是有问题，干脆直接通讯不了，为什么前面所有的通讯都正常，直到给你指令等待回应等不到！！！

反正这个问题断断续续折腾了我好久，然后只能网上找找看大家有没有解决办法，实际上在上面推荐的驱动文章下面也有一些小伙伴有类似的疑问，同时在 C 站也有悬赏问题，但是没有答案的。

以至于我去官网把 VL6180 有关的资料基本全部下载看了一遍 ，想去看看有没有传感器使用注意事项，特别说明什么的 = = ！:

然后还去 ST 官方社区 查看了所有关于 VL6180 的问题，确实也有类似的提问，如下图：

也没有得到可以的答案，最后自己还提问了，当然，最终还是没有什么结果。

在曾经文章中我提到过 ，软件 I2C 通讯，如果出现一些莫名其妙的问题，大概率都是时间问题 ！！

比如说，有的传感器在干某件事情的时候，必须需要等待多少时间后才能去读取，甚至有些传感器必须要快点读取吗，必须在某时间内通讯读取（这种我接触到的相对较少）。

在上面尝试解决问题的时候，我确实有把 51 上的 I2C 驱动的时钟周期放短（就是在 I2C 通用驱动中把 nop 的数量减少。），让他达到 us 级别，大概 30us 左右，接近 STM32 （STM32正常看下来是 15us 到 20us 的时钟周期）但是还是有问题，而且除了等待数据那一步，前面所有的通讯都正常！！！！当时也就没想那么多，因为在以前的不管 SHT21 温湿度传感器还是 BH1750 光照传感器，使用起来都是没有问题的，所以也并不认为因为多几个 nop 才导致了这种问题！

…

但是最后我实在是翻阅了所有资料，都重新做了几块测试板子，都是同样的问题，根本毫无头绪，没有理由的……

最后的最后，我实在没有办法，还是回到时间上面来把，因为在 51 上几个 nop ，几个 nop 修改也确实改过几次，但是都没有成功，我就想着既然 STM32 上面正常，我可不可以改变一下时间，看看他会不会也会出这样的问题，于是我尝试了一下，如下图：

我把 STM32 驱动上面的 nop 多加了一些，想看看到时是不是时间太长了，就会卡在那一步……

咦…… 出问题了：

原来真的是时间问题，读取数据那个地方对时间有要求？

而且我还发现，把上面的函数倍数改回8，也不正常，非得断电重启，而且有时候改回 8 断电重启也不正常，我还得改回 6 断电重启，然后再改回 8 就正常…… ，这种问题我不愿意去琢磨，但是我得出结论就是， VL6180 在某些通讯的时候对时间有要求 ！！！！

那在 STM32 上重现了 51 上的问题以后，我就知道，还是时间的问题，于是乎，我老老实实的把 51 上的 i2c 驱动里面每一个函数的 nop 进行了处理，因为 STM32 上面是好的，我算着大概的时间，一一对应上去，我也实在是不愿意去一点一点定位到底是哪个地方的 延时有要求，因为太费时间而且没有什么意义，反正我把所有的函数都处理了一遍……

测试…… ！！！！ finally ！！！！！ 有数据了…… （果然还是时间问题，其实我是一肚子想吐槽的，这玩意花了我那么多时间，真是离谱 ！！！）

最后用示波器看了一下，此时的通讯周期如下，高电平 10us 内：

下面上几个最后16MHz 的 51 核上修改的通用驱动（全部放出来有点多，我只是表明，我只是在减少 nop ）：

不想多说了，因为想想也没有太多的意义，一个简单的传感器，一个简单的 I2C 通讯，只是告诉大家，如果大家遇到类似的问题，大概率和我一样是时间问题。

对于本次传感器出现的问题，花了我不少时间，真的是很崩溃。

问题的根本也许是因为自己一直有误区，认为 I2C 通讯时间只要差不多，在规定的范围内大差不差即可，也或许是因为自己不够谨慎，从一开始就把时序时间调节成一样。

也反应一个问题，做东西遇到问题如果不严谨的对待，一个简单的小问题可能会浪费自己大量时间。给自己一个教训，也给大家一个忠告，再简单的事情，也需要认真对待，才能高效的去完成它。

好了，本文就到这里，感谢大家！