基于STM32F103C8T6单片机的角速度测量装置及上位机设计方案

引言

角速度测量在众多领域，如机器人控制、惯性导航、飞行器姿态控制、智能穿戴设备以及汽车电子等，都扮演着至关重要的角色。精确、实时地获取物体的角速度信息是实现这些系统高性能控制与稳定运行的基础。传统的机械式或光学式角速度传感器存在体积大、易受环境影响、成本高等缺点。随着微机电系统（MEMS）技术的发展，MEMS陀螺仪以其小尺寸、低功耗、高集成度、抗震动能力强等优势，逐渐成为角速度测量的首选方案。

本设计方案旨在构建一个基于STMicroelectronics公司的STM32F103C8T6微控制器的高精度、低成本角速度测量装置。该装置将结合MEMS陀螺仪传感器，通过STM32单片机进行数据采集、处理和融合，最终将实时的角速度数据传输至PC端上位机进行显示、存储与分析。方案将详细阐述硬件选型、软件设计、通信协议以及上位机界面的开发，旨在为相关应用提供一个稳定可靠的角速度测量解决方案。

系统总体设计

本角速度测量系统主要由两大部分构成：硬件测量模块和PC上位机模块。硬件测量模块负责角速度信号的采集、预处理和数字转换，并通过串口或USB接口将数据传输至上位机。PC上位机模块则负责接收、解析、显示和存储数据，并提供人机交互界面。

系统总体框图如下：

硬件测量模块:

• 电源管理模块： 提供系统所需的稳定直流电源。

• 微控制器核心： STM32F103C8T6单片机，负责传感器数据读取、处理、算法实现和数据传输。

• MEMS陀螺仪传感器： 核心敏感元件，用于测量角速度。

• 信号调理电路： 如果传感器输出模拟信号，则需要对信号进行放大、滤波等处理；数字输出传感器则无需此部分。

• 通信接口模块： UART、USB转串口芯片等，用于与PC上位机进行数据通信。

• 显示与调试接口（可选）： 如OLED显示屏、JTAG/SWD调试接口。

PC上位机模块:

• 数据接收与解析模块： 接收来自硬件模块的数据流，并根据通信协议进行解析。

• 数据处理与显示模块： 将解析后的角速度数据进行可视化显示，如波形图、数字显示等。

• 数据存储模块： 将历史数据保存到本地文件，方便后续分析。

• 人机交互界面： 提供用户设置参数、启动/停止测量、数据导出等功能。

硬件设计与元器件选型

本节将详细介绍硬件测量模块中各个关键组成部分的元器件选型及其功能，并阐述选择这些元器件的原因。

1. 微控制器核心：STM32F103C8T6

元器件型号： STM32F103C8T6功能： STM32F103C8T6是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，属于STM32F1系列。它具有高性能、低功耗、丰富外设和高性价比等特点。具体功能包括：

• CPU： ARM Cortex-M3内核，最高主频72MHz，具有Thumb-2指令集，支持单周期乘法和硬件除法。

• 存储器： 64KB Flash存储器用于存储程序代码，20KB SRAM用于存储运行时数据。对于本设计来说，存储传感器驱动、数据处理算法和通信协议代码以及少量缓存数据是足够的。

• 丰富的外设接口： 包括多个通用定时器（TIM）、模数转换器（ADC）、通用I/O口（GPIO）、SPI、I2C、USART（串口）、USB等。这些外设对于连接MEMS陀螺仪（通常使用SPI或I2C）、进行数据处理和与上位机通信至关重要。

• 供电电压： 2.0V至3.6V，可与多数MEMS传感器兼容。

• 封装： LQFP-48，封装小巧，易于PCB布局。

选择原因：

• 高性能： 72MHz主频足以应对MEMS陀螺仪的高速数据采集和复杂的数字滤波算法，满足实时性要求。

• 丰富的外设： 内置的SPI/I2C接口可以直接驱动常见的数字MEMS陀螺仪，USART接口方便与上位机进行串口通信。多个定时器可用于精确计时和PWM输出（如果需要）。

• 成本效益： STM32F103C8T6是一款非常成熟且广泛应用的微控制器，市场供应充足，价格低廉，非常适合成本敏感的项目。

• 开发生态系统： ST公司提供了强大的开发工具链（如STM32CubeMX、Keil MDK、IAR EWARM等）、丰富的例程和详细的参考手册，降低了开发难度和周期。

• 功耗控制： 虽然不是超低功耗系列，但在合理的配置下，其功耗对于一般应用也是可以接受的。

• 闪存与SRAM容量： 64KB Flash和20KB SRAM对于实现陀螺仪数据采集、卡尔曼滤波等常见算法和串口通信协议是足够使用的。

2. MEMS陀螺仪传感器

MEMS陀螺仪是测量角速度的核心元件。根据实际应用需求，可以选择不同性能和接口类型的陀螺仪。

优选元器件型号：

• MPU-6050 (InvenSense/TDK)： 集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计，内置数字运动处理器（DMP），可进行姿态解算。采用I2C接口通信。

• 功能： 提供三轴角速度（∘/s）和三轴加速度（g）数据。陀螺仪量程可配置（±250,±500,±1000,±2000∘/s），加速度计量程可配置（±2g,±4g,±8g,±16g）。内置16位ADC，高精度输出。DMP可以进行传感器数据融合，输出四元数、欧拉角等姿态信息，减轻主控MCU的计算负担。

• 选择原因： MPU-6050是市场上非常流行和成熟的惯性测量单元（IMU），资料丰富，社区支持广泛。其集成的DMP功能可以有效降低STM32的数据处理负担，特别是在需要姿态解算时。价格适中，性能对于一般的角速度测量和姿态检测应用非常优秀。I2C接口易于与STM32连接。

• MPU-9250 (InvenSense/TDK)： 在MPU-6050基础上增加了三轴磁力计，构成了九轴IMU。

• 功能： 除了MPU-6050的功能外，还提供三轴磁场强度数据，可用于航向参考和提高姿态解算精度。

• 选择原因： 如果对姿态解算精度有更高要求，或者需要进行航向测量，MPU-9250是更好的选择。它在MPU-6050的基础上提供了更全面的惯性测量能力。

• BMI160 (Bosch Sensortec)： 高性能、低功耗的6轴惯性测量单元（IMU），集成了16位三轴陀螺仪和16位三轴加速度计。

• 功能： 陀螺仪量程可配置（±125∘/s至$pm2000^circ/s$），加速度计量程可配置（±2g至$pm16g$）。支持I2C和SPI两种接口。具有低噪声和出色的温度稳定性。

• 选择原因： Bosch的MEMS传感器以其高精度和稳定性著称。BMI160在性能上优于部分旧款传感器，且支持SPI和I2C两种接口，选择更灵活。其低功耗特性也使其适用于电池供电的应用。

• ICM-20602 (InvenSense/TDK)： 高性能6轴IMU，具有更低的噪声和更高的采样率。

• 功能： 相比MPU系列，通常在噪声性能和带宽方面有优化。支持SPI和I2C接口。

• 选择原因： 如果对角速度测量的噪声和响应速度有更高要求，ICM-20602是更专业的选择，尤其适用于对动态性能有严格要求的场景。

本方案推荐：MPU-6050。考虑到项目复杂度、成本和通用性，MPU-6050作为入门级高性能IMU，其集成的DMP功能可以显著简化主控MCU的软件开发负担，非常适合本设计。如果对测量精度和抗干扰性有更高要求，可以考虑BMI160或ICM-20602，但需要更深入地编写传感器驱动和数据融合算法。

3. 电源管理模块

功能： 提供稳定的工作电压给STM32和MEMS传感器。STM32F103C8T6的工作电压范围是2.0V-3.6V，通常使用3.3V供电。MEMS传感器的工作电压也通常在1.8V-3.6V之间，兼容3.3V。

优选元器件型号：

• AMS1117-3.3 (稳压器)：

• 功能： 这是一个低压差（LDO）线性稳压器，能将较高输入电压（如5V）稳定输出为3.3V。它具有简单的外围电路（只需输入输出电容），易于使用。

• 选择原因： 成本低廉，易于获取，封装多样（SOT-223、TO-220等），适合为小型嵌入式系统提供稳定电源。其输出电流能力（通常为800mA或1A）足以满足STM32和MEMS陀螺仪的供电需求。

• MP1584EN (降压模块/DCDC)：

• 功能： 降压型DC-DC转换器，具有更高的转换效率。能将较高输入电压（如12V或5V）高效转换为3.3V。

• 选择原因： 如果系统需要使用电池供电，或者输入电压与3.3V压差较大（例如12V输入），线性稳压器效率较低会产生大量热量。DCDC转换器具有更高的转换效率（通常高于85%），能有效减少能量损耗和发热，延长电池续航时间。体积小巧，集成度高。

本方案推荐：AMS1117-3.3。 如果供电来源是稳定的5V USB电源，AMS1117-3.3是最简单且成本最低的选择。如果电源来自高电压电池或对功耗有严格要求，则考虑MP1584EN。

4. 通信接口模块

功能： 实现STM32与PC上位机之间的数据传输。最常用的方式是UART串口通信。PC通常没有硬件串口，所以需要一个USB转串口芯片。

优选元器件型号：

• CH340G (USB转串口芯片)：

• 功能： 这是一个低成本、常用的USB转TTL串口芯片。它能够将USB接口的数据转换为标准的TTL电平UART信号，供STM32的USART接口使用。

• 选择原因： 价格极低，性能稳定，驱动程序在主流操作系统（Windows、Linux、macOS）上兼容性良好，易于获取。是DIY项目和教学板的常用选择。

• CP2102 (Silicon Labs)：

• 功能： 同样是USB转TTL串口芯片，性能稳定，驱动兼容性好。相比CH340G，通常性能更稳定，在某些场合抗干扰能力略强。

• 选择原因： 如果对稳定性有更高要求，或者预算更充足，CP2102是很好的替代品。其工业级应用也更多。

• FT232RL (FTDI)：

• 功能： FTDI公司的USB转串口芯片，被认为是行业标准之一，稳定性、兼容性和性能都非常优秀。

• 选择原因： FT232RL在性能、驱动兼容性和可靠性方面表现最佳，但价格相对较高。如果项目对数据传输的稳定性、速度和可靠性有极高要求，且预算充足，FT232RL是最佳选择。

本方案推荐：CH340G。 考虑到性价比和易用性，CH340G足以满足本设计的数据传输需求。

5. 晶振

功能： 为STM32提供精确的时钟源。STM32F103C8T6通常需要两个晶振：一个外部高速晶振（HSE）用于系统主频，一个外部低速晶振（LSE）用于实时时钟（RTC）。

优选元器件型号：

• 外部高速晶振 (HSE)： 8MHz无源晶振

• 功能： 为STM32提供主时钟源。通过内部PLL（锁相环）倍频到72MHz。

• 选择原因： 8MHz是STM32F1系列常用的外部晶振频率，与内部PLL配置配合，可以方便地得到72MHz的主频，保证系统稳定运行和外设精确计时。

• 外部低速晶振 (LSE，可选)： 32.768kHz无源晶振

• 功能： 为实时时钟（RTC）提供精确的时钟源，在系统主电源关闭时仍能保持时间。

• 选择原因： 如果需要STM32在掉电后仍能保持时间记录功能，则需要此晶振。对于纯粹的角速度测量和数据传输应用，RTC并非必需，因此此晶振是可选的。

6. 被动元器件

• 电阻、电容：

• 功能： 电阻用于限流、分压、上拉/下拉；电容用于滤波、旁路、储能、隔直。

• 选择原因： 根据具体电路设计需求选择不同阻值、容值的电阻电容。例如，在STM32的电源引脚附近需要放置100nF和10uF的陶瓷电容用于高频和低频去耦；晶振外围需要匹配电容以确保振荡稳定；通信线路上可能需要上拉电阻。封装通常选择0603或0805尺寸，便于焊接。

• LED指示灯与限流电阻：

• 功能： LED用于指示电源状态、数据传输状态或调试信息。限流电阻保护LED。

• 选择原因： 提供直观的视觉反馈。电阻值根据LED的正向电压和额定电流计算。

• 复位按键：

• 功能： 手动复位STM32。

• 选择原因： 调试和测试必备。

• 排针/排座：

• 功能： 用于引出STM32的GPIO、电源、通信接口等，方便连接传感器、调试器和外部模块。

• 选择原因： 便于硬件连接和扩展。

软件设计

软件设计是实现角速度测量功能的关键，主要包括STM32固件程序设计和PC上位机程序设计。

1. STM32固件程序设计

STM32固件程序负责初始化硬件、读取MEMS陀螺仪数据、进行数据处理和滤波、并通过串口将数据发送给上位机。

开发环境：

• IDE： Keil MDK或IAR Embedded Workbench。

• 配置工具： STM32CubeMX（强烈推荐）。

• 库： STM32HAL库或标准外设库（HAL库更易用，推荐）。

程序模块设计：

• 系统初始化：

• 时钟配置： 配置STM32系统时钟（HCLK、PCLK1、PCLK2），确保外设以正确频率工作。利用STM32CubeMX生成代码可以大大简化此步骤。

• GPIO初始化： 配置与传感器、LED、串口等连接的GPIO引脚模式（输入、输出、复用功能、上拉/下拉）。

• UART初始化： 配置串口的波特率（如115200bps）、数据位、停止位、校验位，并使能接收和发送中断。

• I2C/SPI初始化： 根据所选MEMS陀螺仪的接口类型，初始化对应的I2C或SPI外设。配置为主机模式，设置通信速率。

• MEMS陀螺仪驱动：

• 传感器初始化： 向陀螺仪发送配置命令，设置工作模式、数据输出速率（ODR）、量程、数字低通滤波器（DLPF）等。对于MPU-6050，还需要配置DMP（如果使用）。

• 数据读取： 通过I2C或SPI协议，定时从陀螺仪的数据寄存器中读取原始的X、Y、Z轴角速度数据。

• 数据转换： 将读取到的原始ADC值转换为实际的物理单位（∘/s）。这需要根据陀螺仪数据手册中的灵敏度比例因子（Sensitivity Scale Factor）进行换算。例如，对于MPU-6050在$pm2000^circ/s量程下，灵敏度为16.4LSB/^circ/s$，则真实角速度 = 原始值 / 16.4。

• 数据处理与滤波：

• 均值滤波/滑动平均滤波： 简单易实现，但会引入滞后。

• 一阶低通滤波： 消除高频噪声，公式：Yn=α⋅Xn+(1−α)⋅Yn−1，其中Xn是当前输入，Yn是当前输出，α是滤波系数（0-1之间）。

• 卡尔曼滤波/互补滤波： 更高级的滤波算法，可以融合陀螺仪（短期精确）和加速度计（长期稳定）的数据，输出更稳定、更准确的角速度和姿态信息。对于本设计，如果使用MPU-6050并利用其DMP功能，DMP已经进行了大部分数据融合，可以直接读取其处理后的数据（如四元数），然后转换为欧拉角，再计算角速度。如果手动实现，则需要编写复杂的卡尔曼滤波或互补滤波算法。

• 互补滤波原理（简述）： 陀螺仪数据通过积分得到角度（但在长时间积分后会累积误差），加速度计数据通过反正切函数得到角度（短期不稳定但长期无漂移）。互补滤波通过低通滤波陀螺仪积分结果，高通滤波加速度计角度结果，然后加权融合，获得兼具两者优点的稳定角度估计。角速度可以从陀螺仪直接读取，并经过适当滤波。

• 原始数据校准： 陀螺仪通常存在零点漂移（Bias）和尺度因子误差（Scale Factor Error）。在静止状态下测量零点漂移并从后续数据中减去，可以提高测量精度。尺度因子误差通常在工厂校准时完成或通过外部校准程序获得。

• 数据滤波： 原始角速度数据可能包含噪声，影响稳定性。常用的滤波算法包括：

• 数据传输协议：

• 帧头： 如0xAA 0xBB，用于标识数据包的开始。

• 数据长度： 指示数据内容的字节数。

• 数据内容： 包含X、Y、Z轴角速度值（通常为浮点数或定点数，转换为字节流）。可以发送原始数据，也可以发送经过滤波后的数据。

• 校验和： 用于验证数据传输的完整性和准确性，如和校验或CRC校验。

• 帧尾： 如0xCC 0xDD，用于标识数据包的结束。

• 帧格式： 定义上位机与下位机之间数据传输的协议，确保数据正确解析。常见的帧格式包括帧头、数据长度、数据内容、校验和、帧尾。

• 发送机制： 在固定时间间隔（如10ms或20ms，与陀螺仪的ODR匹配）通过UART发送数据。可以使用定时器中断触发数据读取和发送任务。

• 中断服务例程：

• UART接收中断： 如果需要上位机向STM32发送控制命令（如校准、参数设置），则需要实现UART接收中断，解析接收到的命令。

• 定时器中断： 用于周期性触发传感器数据读取、数据处理和数据发送任务。

**2. PC上位机程序设计

PC上位机程序负责与STM32进行串口通信，接收并解析数据，实时显示角速度波形，并提供数据存储功能。

开发语言与工具：

• C# (推荐，基于.NET Framework或.NET Core)： 开发效率高，提供了丰富的UI控件和串口通信库。

• Python (使用PyQt/Tkinter/Kivy等库进行UI开发，使用PySerial库进行串口通信)： 易学易用，生态丰富。

• LabVIEW (NI)： 适合工程师进行数据采集和仪器控制，但开发环境和授权成本较高。

• MATLAB (MathWorks)： 强大的数据处理和可视化能力，但同样存在成本问题，且通常不用于开发独立应用。

本方案推荐：C#或Python。 C#由于其强大的Windows GUI开发能力和易于部署的特点，在工业控制和数据可视化方面应用广泛。Python则以其简洁的语法和丰富的第三方库在快速原型开发和跨平台应用方面具有优势。

程序模块设计（以C#为例）：

• 用户界面 (UI) 设计：

• 实时曲线图： 使用图表控件（如ZedGraph、LiveCharts或Microsoft Chart Control）绘制X、Y、Z轴角速度随时间变化的波形图。可以设置坐标轴范围、自动缩放等。

• 数字显示： 以文本框形式实时显示当前的X、Y、Z轴角速度数值。

• 状态信息： 显示串口连接状态、数据接收状态、错误信息等。

• 串口设置区： 包含串口号选择（COM1, COM2...）、波特率设置（115200等）、打开/关闭串口按钮。

• 数据显示区：

• 数据存储区： 包含选择文件路径、开始/停止存储按钮、数据保存格式（如CSV、TXT）。

• 控制命令区（可选）： 如果STM32支持上位机控制，则提供发送命令的按钮或文本框。

• 串口通信模块：

• 事件驱动： 注册DataReceived事件，当串口接收到数据时触发该事件。

• 字节流处理： 接收到的数据是字节流，需要按照下位机定义的协议进行解析（查找帧头、校验和、提取数据）。

• 缓冲区管理： 使用缓冲区存储接收到的数据，避免数据丢失和解析不完整。

• 串口初始化： 使用System.IO.Ports.SerialPort类（C#）或serial模块（Python PySerial）进行串口对象的创建和初始化。

• 数据接收：

• 数据发送： 如果需要向STM32发送命令，通过串口对象写入数据。

• 数据解析模块：

• 根据预定义的帧协议，从接收到的字节流中解析出X、Y、Z轴的角速度数值。需要处理字节序、数据类型转换等。

• 校验和验证： 对接收到的数据进行校验和计算，并与帧中携带的校验和进行比较，如果一致则认为数据有效。

• 数据可视化模块：

• 将解析后的角速度数据更新到UI界面的实时曲线图和数字显示区域。

• 多线程/异步操作： UI更新通常需要在主线程进行，而串口数据接收在后台线程。为避免UI卡顿，需要使用委托、Invoke（C# WinForms）或Dispatcher（C# WPF）等机制将数据处理和UI更新操作从后台线程安全地传递到UI主线程。

• 数据存储模块：

• 文件操作： 提供将实时数据按一定格式（如CSV，逗号分隔值）保存到本地文件的功能。CSV格式便于后续使用Excel或其他数据分析工具进行处理。

• 时间戳： 每条记录应包含时间戳，以便追溯数据。

• 异常处理：

• 串口异常： 处理串口被占用、拔出、通信错误等情况。

• 数据解析异常： 处理接收到不完整或错误数据的情况。

• UI线程安全： 确保跨线程访问UI控件时不会引发异常。

系统集成与调试

1. 硬件连接

• STM32F103C8T6最小系统：

• 电源： VCC接到3.3V，GND接地。

• 晶振： 8MHz晶振连接到PF0/OSC_IN和PF1/OSC_OUT，并连接匹配电容。

• 复位： NRST引脚通过一个10k欧姆上拉电阻连接到3.3V，并连接一个复位按键到GND。

• BOOT选择： BOOT0接高电平（3.3V），BOOT1接低电平（GND）用于下载程序；正常运行时BOOT0接低电平。

• 编程接口： SWDIO、SWCLK连接到ST-Link/J-Link调试器。

• MEMS陀螺仪（以MPU-6050为例）：

• 电源： VCC接到3.3V，GND接地。

• I2C接口： SCL接到STM32的PB6（I2C1_SCL），SDA接到STM32的PB7（I2C1_SDA）。I2C总线需要上拉电阻（通常为4.7k欧姆或10k欧姆，已集成在MPU-6050模块上或需要外接）。

• AD0： 接地或接VCC，用于选择I2C地址。

• INT： 可选连接到STM32的外部中断引脚，用于数据就绪中断，提高数据读取实时性。

• USB转串口模块（以CH340G模块为例）：

• 电源： VCC接到3.3V，GND接地。

• 数据线： CH340G的TXD接到STM32的PA9（USART1_RX），CH340G的RXD接到STM32的PA10（USART1_TX）。

2. 固件烧录与调试

• 烧录工具： ST-Link/J-Link调试器。

• 烧录软件： Keil MDK或STM32CubeProgrammer。

• 调试方法：

• 步骤调试： 使用Keil/IAR的调试器进行单步调试，观察寄存器、变量的值，检查程序流程。

• 串口打印： 在关键位置通过串口打印调试信息，观察程序运行状态和数据输出。

• 示波器/逻辑分析仪： 用于观察I2C/SPI通信波形、UART通信波形，检查时序是否正确。

3. 上位机联调

• 串口连接： 确保上位机选择正确的串口号和波特率，与STM32的串口配置一致。

• 数据发送与接收测试：

• 先从STM32端发送固定测试数据（如递增数字），上位机接收并显示，验证通信链路是否正常。

• 然后STM32开始发送陀螺仪数据，上位机接收并解析，观察显示是否正常。

• 协议解析调试： 如果数据显示异常，可能是上位机协议解析错误。逐字节检查接收缓冲区数据，对照协议定义进行排查。

• UI更新调试： 检查UI是否流畅，是否存在卡顿现象。确保数据处理和UI更新在不同的线程中，并使用正确的跨线程访问方式。

性能评估与优化

1. 精度评估

• 静态漂移： 在静止状态下长时间测量角速度，观察其波动范围，评估零点漂移和噪声水平。

• 动态响应： 缓慢或快速转动装置，观察上位机显示是否实时、准确地反映角速度变化。

• 温度稳定性： 在不同温度环境下测试，评估温度对测量精度的影响。MEMS传感器通常受温度影响较大，可能需要进行温度补偿。

• 重复性： 多次重复测量同一运动，评估测量结果的一致性。

2. 优化措施

• 硬件层面：

• 电源完整性： 良好的电源去耦和滤波，减少电源噪声对传感器和MCU的影响。

• PCB布局： 合理的元件布局，缩短高速信号线长度，避免信号串扰，尤其是I2C/SPI通信线。地线采取星形或大面积铺铜，减小共模干扰。

• 传感器选择： 根据实际需求选择更高精度、更低噪声、更好温度特性的MEMS陀螺仪。

• 软件层面：

• 数据滤波算法： 根据应用场景选择合适的滤波算法。对于高动态应用，卡尔曼滤波或互补滤波能提供更优的性能。

• 校准： 实现陀螺仪的零点漂移校准（Bias Calibration）和尺度因子校准（Scale Factor Calibration）。在不同温度下进行校准可以实现温度补偿。

• 数据融合： 如果使用IMU（集成陀螺仪和加速度计），利用加速度计数据辅助纠正陀螺仪的长期漂移，提高姿态解算精度。

• 通信效率： 优化通信协议，减少不必要的开销，提高数据传输速率。考虑使用二进制数据传输而非ASCII码。

未来展望

本设计方案提供了一个基于STM32F103C8T6的角速度测量装置及上位机实现的基础。在此基础上，可以进一步扩展和优化：

• 无线通信： 集成蓝牙、Wi-Fi或LoRa模块，实现无线数据传输，增强便携性和应用场景。

• 数据存储： 增加SD卡模块，实现本地数据存储，在无PC连接时也能记录数据。

• 多传感器融合： 引入磁力计、气压计等更多传感器，实现更复杂的惯性导航和姿态解算功能（如九轴姿态解算）。

• 电源管理： 引入更精细的低功耗模式管理，延长电池供电时的续航时间。

• 高级算法： 实现更复杂的运动跟踪、步态分析、跌倒检测等应用算法。

• 嵌入式AI： 在MCU上部署轻量级机器学习模型，进行边缘计算和异常检测。

• Web上位机： 开发基于Web的上位机界面，实现跨平台访问和远程监控。

总结

本文详细阐述了基于STM32F103C8T6单片机的角速度测量装置及上位机设计的完整方案。从系统总体架构、核心元器件选型（STM32F103C8T6、MPU-6050/BMI160、AMS1117-3.3、CH340G等）及其选择原因和功能、到详细的STM32固件和PC上位机软件设计，再到系统集成与调试、性能评估与优化，均进行了深入探讨。本方案旨在提供一个稳定、可靠、高性价比的角速度测量解决方案，为相关领域的研发和应用提供有益参考。

通过本设计，用户可以实现对物体角速度的实时监测、数据可视化和历史数据存储，这对于许多需要精确姿态和运动信息的应用场景具有重要意义。在实际开发中，开发者可以根据具体需求，在硬件选型和软件算法上进行灵活调整和优化，以满足更高性能或更特殊的功能要求。