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简介：LDC金属探测程序完整版是一份基于TI公司LDC1000传感器的完整工程项目，主要面向参与TI杯等电子设计竞赛的参赛者，以及希望掌握非接触式金属探测技术的中高级嵌入式开发者。压缩包共40个文件，大小仅101KB，源文件、中间文件和烧录文件一应俱全。其中.c和.h文件覆盖LDC1000驱动、LCD显示与主控逻辑；hex文件可直接烧录验证；lst、obj等编译中间产物便于回溯工程构建过程。完整代码从寄存器配置、信号滤波、阈值设定到目标检测均有实现，还包含异常处理与用户界面模块，是一份结构清晰的赛题级参考程序。目前已有669人学习下载。研读这些代码，既能快速理解低频电感测量在嵌入式端的落地方式，也能学习Keil环境下的多文件工程管理技巧，对复现竞赛项目和调试硬件有直接帮助。

1. LDC1000金属探测程序完整版：从“检测到金属”到可判距的可复现方案

用LDC1000做金属探测器的队伍，翻车点比想象中多。某电赛备赛期间，A同学拿着一份网上抄来的例程，上电读数满量程，误以为是探头焊错了，查了两天才发现是SPI读写位没置位。手头这套 LDC1000金属探测程序完整版，解决的正是这类问题：SPI驱动、寄存器初始化、金属判定状态机、距离估算、串口输出全部排好，直接在单片机上跑通，再按你的探头参数微调即可。适合正在备赛电赛、或者要做接近感应、硬币检测、金属位置识别的嵌入式开发者。

2. LDC1000检测原理与关键参数：为什么探头线圈比程序更影响结果

2.1 LC谐振回路与Rp检测原理

LDC1000本质上是一个电感数字转换器，它对外输出两个关键量：等效并联电阻Rp和电感L。芯片内部有高频振荡源，外部探头线圈与寄生电容构成LC谐振回路，金属物体靠近线圈时会在金属表面感生涡流，涡流反过来消耗谐振能量，使得等效并联电阻Rp明显下降。

程序包里对金属的判断，核心就是盯住Rp这个量。靠近金属越近，涡流损耗越大，Rp数值越低。这个对应关系是单调的，所以既能做“有/无金属”的二值判断，也能通过标定反推距离。

理解这一点之后，你会明白为什么很多人照抄寄存器配置却不好用：程序只是把Rp读出来，真正决定“检测到多远的金属”的是探头本身和谐振频率。

2.2 频率配置与探头电感选型

LDC1000支持一个频率范围，由外部探头的电感和电容决定，公式是：

f = 1 / (2π × √(L × C))

常见做法是先绕一个标称电感L的探头线圈，再估一下寄生电容C，预先算好目标频率。程序包里留了计算脚本，我一般会直接跑一遍：

import math L = 1e-3 # 探头电感，单位 H，1mH 是常见起点 C = 100e-12 # 探头寄生电容，单位 F，100pF 左右 f = 1 / (2 * math.pi * math.sqrt(L * C)) print("目标谐振频率: %.1f kHz" % (f / 1e3))

这里L取1mH、C取100pF时，谐振频率约503kHz。实际绕线后的电感会有离散，所以在程序包的配置头文件里，Fmin和Fmax不填死值，而是按你实测的L重新计算。参数影响很直接：频率设偏了，金属靠近时Rp变化量会变小，可能只有几十个数，程序阈值根本没法区分。

2.3 寄存器配置与响应时间权衡

程序包把寄存器初始化做成了一张配置表，作用分别是量程上下限、频率上下限和采样率。见过太多人跳过这一步，直接用默认配置，结果就是近距离饱和、远距离没反应。

这个表格看起来很基础，但它是整个程序包能否在你探头上工作的关键。动态范围设窄，分辨率高，但金属稍近就饱和；设宽，大范围都能测，但近距离变化不明显。程序包默认给了一组能跑通的中庸参数，你拿到手之后，一定要按上面两行“推荐设定方法”重新标定。

3. 程序包结构与核心代码实战：初始化、读数据、三阈值判定

3.1 程序包的文件组成与数据流

这套程序完整版把底层到应用层拆成了几个文件，方便替换平台也方便排查问题。

数据流很简单：LDC1000把Rp值放在寄存器里，SPI读回来拼成16位，经过滑动平均滤波，再交给状态机，最后通过串口打印。调试时把Raw Rp值直接输出，用串口上位机画波形，能直观看到金属靠近时的曲线变化。

3.2 SPI配置与初始化：回读ID确认通信

凡是LDC1000不出数据的板子，十有八九卡在SPI。先看寄存器读写函数：

/* 读寄存器：寄存器地址最高位置1表示读操作 */ uint8_t ldc1000_read_reg(uint8_t reg) { uint8_t tx[2], rx[2] = {0}; tx[0] = reg | 0x80; /* bit7=1 读，bit7=0 写 */ tx[1] = 0x00; /* 占位字节，时钟用来返回数据 */ CS_LOW(); /* 片选拉低，选中LDC1000 */ HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, tx, rx, 2, 10); CS_HIGH(); /* 传输结束，片选拉高 */ return rx[1]; /* 第二个字节才是寄存器内容 */ }

这里有个很容易翻车的点：很多人读寄存器时只发送一个字节，结果MISO上还没数据，拿到的全是0。LDC1000在收到地址之后需要至少一个时钟周期才开始输出，所以要连续发两个字节，第二字节才是有效数据。片选必须在整个传输过程中保持低电平，中间不能拉高。

初始化时先配置量程和频率，再回读设备ID确认通信正常：

void ldc1000_init(void) { /* 按config.h里计算好的值写入 */ ldc1000_write_reg(LDC1000_RPMAX, CALC_RPMAX); ldc1000_write_reg(LDC1000_RPMIN, CALC_RPMIN); ldc1000_write_reg(LDC1000_FMIN, CALC_FMIN); ldc1000_write_reg(LDC1000_FMAX, CALC_FMAX); /* 回读设备ID，验证SPI时序和接线 */ if (ldc1000_read_reg(LDC1000_DEVID) != LDC1000_DEVICE_ID) { error_loop(); /* 通信失败，点灯死循环 */ } }

回读ID这一步不能省，它能区分“芯片没贴好”和“时序不对”。程序包把设备ID定义在config.h里，你拿到后先确认读出来的值和你的数据手册一致，再往下调。

3.3 读取Rp并转换成距离：主循环与状态机

读取Rp值本身很简单，把高字节低字节拼在一起：

uint16_t ldc1000_read_rp(void) { uint16_t raw = 0; raw = (uint16_t)ldc1000_read_reg(LDC1000_RP_HI) << 8; raw |= (uint16_t)ldc1000_read_reg(LDC1000_RP_LO); return raw; }

真正让探测结果好用的是判定状态机。程序包用三阈值加滞回的方式，避免在边界抖动：

#define THR_NO_METAL 32000u /* 无金属时的Rp基线 */ #define THR_FAR 26000u /* 远距离触发门限 */ #define THR_NEAR 12000u /* 近距离触发门限 */ #define HYST 1500u /* 滞回区间 */ uint8_t metal_detect_update(uint16_t rp) { static uint8_t state = 0; /* 0无金属 1远 2近 */ switch (state) { case 0: if (rp < THR_FAR) state = 1; break; case 1: if (rp < THR_NEAR) state = 2; else if (rp > THR_FAR + HYST) state = 0; break; case 2: if (rp > THR_FAR + HYST) state = 0; else if (rp > THR_NEAR + HYST) state = 1; break; default: state = 0; break; } return state; }

不加滞回的话，门限附近的噪声会让状态在“有/无金属”之间快速跳变，现场演示时非常尴尬。加HYST等于给判定加了后悔药：要离开当前状态，必须比进入时多越过一段距离。这里三个阈值都不是拍脑袋填的，是按你实测的Rp基线标出来的。

主循环里把读值和状态打印出来：

while (1) { uint16_t rp = ldc1000_read_rp(); uint8_t st = metal_detect_update(rp); printf("rp=%5u st=%d\r\n", rp, st); HAL_Delay(50); /* 20Hz刷新，兼顾响应和串口可读性 */ }

50ms间隔是程序包默认值，足够应付电赛中“缓慢靠近金属”的测试方式。如果你要测快速划过的硬币，可以压到10ms，代价是读数噪声变大，需要配合后面说的滤波。

3.4 串口输出与调试方法

串口用的是普通UART，115200波特率，输出格式固定为rp=xxxxx st=x。调试阶段强烈建议把Rp原始值接到串口上位机的波形图里看，而不是只靠打印状态。金属靠近时，波形会从基线处明显往下凹，凹的深度对应距离。只有当波形清晰、噪声小的时候，再去设阈值。

4. 移植到自己的板子：从MSP430到STM32改这六个地方

4.1 硬件接口差异：SPI引脚与时钟极性

程序包原始工程多数跑在MSP430上，很多人拿过来直接往STM32板子上怼，结果读数全0。两个平台的SPI外设、时钟初始化、延时方式都不一样，至少要检查六个地方。

STM32的SPI初始化，重点看下面两行：

hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; /* CPOL=0 */ hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; /* 数据在第一个边沿采样 */ hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; /* 片选用软件控制 */ hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;

这里的CPOL和CPHA一定要对着你的数据手册时序图确认。不同芯片批次可能有差异，程序包默认按上面这个模式配置，但如果你回读ID失败，第一件事就是拿示波器抓SCLK和MISO，看数据是在上升沿还是下降沿被采样。抓波形比看代码更快。

4.2 软件适配点：寄存器地址与延时替代

寄存器地址定义尽量别散落在代码里，程序包统一放在config.h中。不同批次芯片寄存器地址一致，但设备ID可能不同，移植时把config.h整体过一遍。

延时函数是最容易忽略的替换点。MSP430习惯用__delay_cycles()，STM32上没有这个指令，直接替换成HAL_Delay会出问题：原来是微秒级延时，变成毫秒级后，本来几十微秒的SPI间隔被拖成几毫秒，整体响应变得很肉。程序包用宏封装了延时：

#ifdef USE_STM32 #define LDC1000_DELAY_US(n) delay_us_stm32(n) #else #define LDC1000_DELAY_US(n) __delay_cycles((n) * F_CPU_MHZ) #endif

需要微秒级延时的地方，用软件延时实现；需要毫秒级的地方才用HAL_Delay。这个区分很关键。

4.3 验证移植的四个信号

移植完不要急着调阈值，先回读ID，再用逻辑分析仪看四根线：CS、SCLK、MOSI、MISO。CS要在整个传输周期内保持低电平；SCLK要干净无毛刺；MOSI第一个字节的bit7必须是1；MISO上的第二个字节应该是寄存器值。四个信号都对，再进入下一步。

5. 常见问题排查：五个最容易翻车的点

5.1 现象：读数满量程或全零

现象：串口打印rp恒为0xFFFF或0x0000，无论如何移动金属都不变化。

原因：绝大多数是SPI读写位没置位。读寄存器时地址bit7没有拉高，芯片把它当写操作处理，自然拿不到数据。其次是SPI极性和相位不对，MISO上根本没有有效位。

解决：先回读设备ID确认通信。ID正确再看Rp寄存器是否被其他配置覆盖。程序包里读寄存器的函数已经内置reg | 0x80，如果你是自己重写的，第一件事检查这个位。

5.2 现象：金属靠近读数变化微弱

现象：金属贴到探头，Rp值只下降了不到50个数，阈值根本切不过去。

原因：频率配置和探头LC谐振点偏差太大，或者探头电感量太小，涡流效应不明显。程序没问题，是探头参数没喂对。

解决：用第2章的LC公式重新算Fmin/Fmax。同时检查探头线圈匝数，常见做法是用0.2mm漆包线在30mm骨架上绕100匝左右，电感达到mH量级才会稳定。

5.3 现象：静态读数漂移

现象：探头不动，读数也会缓慢变化，十分钟能漂几百个数。

原因：电源纹波、周围电磁环境变化、探头靠近金属结构件都会影响Rp基线。LDC1000本身分辨率高，对环境敏感是正常的。

解决：软件上对Rp做滑动平均滤波，程序包默认窗口是8次。硬件上给芯片电源加去耦电容，探头远离电机、电源模块等干扰源。底座若是不锈钢桌面，读取波动会很大，垫一块塑料板即可。

5.4 现象：检测距离远但误报多

现象：10cm能触发，但没人靠近也偶尔报“有金属”。

原因：阈值取得太靠近基线，环境噪声被当成信号。没有滞回时，噪声尖峰穿过门限就误报一次。

解决：拉高THR_FAR，让它离基线至少留出3倍噪声幅度。开启状态机的滞回功能，连续多次采样确认后再改变状态。具体做法是把单次判断改成连续5次都超门限才算有效。

5.5 现象：换了开发板后程序跑不起来

现象：下载正常，但串口无输出，LED也不闪。

原因：换了平台忘了改时钟配置，主频不对导致SPI分频后超限，或者printf重定向没有对应新串口。

解决：先用最简GPIO翻转程序确认板子主频正常，再逐模块点亮验证。程序包里的串口发送在MSP430和STM32上使用不同的底层实现，确认你选对了宏开关，没有被编译器优化掉。

6. 进阶技巧：标定、多通道扩展与现场抗干扰

拿到一套能跑的探测程序只是第一步，电赛现场能不能拿分，取决于标定和抗干扰做得细不细。

标定是给距离映射插值。程序包运行时读到的只是Rp原始值，你要把它转换成物理距离。常见做法是做一张标定表：把金属块从1cm到10cm每隔1cm放一次，读出对应的Rp值，然后线性插值。

typedef struct { uint16_t rp; uint8_t dist_mm; } cal_point_t; static const cal_point_t cal_table[] = { {32000, 0}, /* 贴紧 */ {28000, 10}, {22000, 20}, {15000, 50}, {9000, 100}, }; uint8_t rp_to_dist(uint16_t rp) { for (int i = 0; i < 4; i++) { if (rp >= cal_table[i].rp && rp <= cal_table[i + 1].rp) { uint16_t span = cal_table[i].rp - cal_table[i + 1].rp; uint8_t dist_span = cal_table[i + 1].dist_mm - cal_table[i].dist_mm; return cal_table[i].dist_mm + (cal_table[i].rp - rp) * dist_span / span; } } return cal_table[0].dist_mm; }

标定时每换一个环境都要重新采基线，因为旁边的金属桌面、电源适配器都会把Rp基线整体压低。

多通道扩展是电赛常见的加分项。两个LDC1000可以挂同一条SPI总线，CS分别控制，SCLK、MOSI、MISO共用。轮询读取时，切换CS后要加一小段稳定时间再读数据，否则第一个字节容易错位。程序包在ldc1000.c里预留了通道号参数，改造成本很低。

现场抗干扰方面，电磁铁、电机、大功率LED驱动是三个主要干扰源。硬件上探头远离这些模块，必要时用铜箔屏蔽探头背面；软件上把滑动平均窗口拉长。从那次项目血泪经验之后，我每次拿到LDC1000类赛题都强制走一遍：先回读ID、再画标定表、最后才调阈值。按这个顺序，基本不会翻车，希望帮到你。

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