[09]ESP32+陀螺仪加速度计MPU6050移植与调试

文章目录

一、开发笔记
二、MPU6050初始化步骤
三、MPU6050几个重要寄存器
- 寄存器典型值
- 寄存器117-设备地址-WHO_AM_I
- 寄存器107-电源管理1-PWR_MGMT_1
- 寄存器26-配置数字低通滤波器 -CONFIG
- 寄存器27 - 陀螺仪量程配置-GYRO_CONFIG
- 寄存器28 - 加速度计量程配置-ACCEL_CONFIG
- 寄存器25 - 采样速率分频器-SMPRT_DIV
- 寄存器59到64-加速度计测量值
- 寄存器65和66 - 温度测量
- 寄存器67至72 - 陀螺仪测量值
四、 MPU6050传感器DMP功能
五、I2C相关知识
六、调试记录
七、参考链接

文章更新版本	时间	备注
V0.1	发布于2019-08-29 11:14:22	初始版本
V0.2	更新于2019-12-23 18:12:16	增加mpu6050方向定义

一、开发笔记

1. 数字陀螺仪传感器工作原理

陀螺仪：当陀螺仪围绕任何感应轴旋转时，科里奥利效应就会产生电容式传感器检测到的振动。所得到的信号被放大，解调和滤波产生与角速度成比例的电压。
电子加速度计：加速沿着一条特定轴在相应的检测质量上引起位移，引起电容式传感器检测电容的变化。

2. 数字运动处理器（DMP）

MPU6050自带一个数字运动处理单元，可以计算四元数等，减轻主控制器压力。
DMP可以通过引脚触发中断。

3. 辅助I2C串行接口

MPU-60X0 具有一个辅助 I2C 总线，用于与片外3轴数字输出磁力计进行通信或其他传感器。
辅助I2C串行接口有两种工作模式：I2C Master Mode和Pass-Through Mode。

4. MPU-60X0 FIFO

MPU-60X0包含一个可通过串行接口访问的1024字节FIFO寄存器。 FIFO配置寄存器决定哪个数据写入FIFO。可能的选择包括陀螺仪数据，加速计数据，温度读数，辅助传感器读数和 FSYNC 输入。

5. 数字低通滤波器（DLPF）

MPU6050自带低通滤波器，可以通过配置寄存器26控制低通滤波频段，减少高频干扰。但是会降低传感器输入速率（开启DLPF加速度计输出1kHZ，关闭DLPF可以输出8Khz）

6. FSYNC帧同步采样引脚

寄存器26-EXT_SYNC_SET，用于配置外部帧同步引脚的采样

7. MPU6050方向定义

二、MPU6050初始化步骤

恢复寄存器默认值
设置PWR_MGMT_1 bit7为1，恢复后bit7为0，bit6自动设置为1，进入sleep模式。
设置PWR_MGMT_1 bit6为0，唤醒传感器
设置时钟源
设置量程
分别设置陀螺仪和加速度计量程。
设置采样率
设置数字低通滤波器（选配）

三、MPU6050几个重要寄存器

寄存器典型值

寄存器	典型值	功能
PWR_MGMT_1	0x00	正常启用
SMPLRT_DIV	0x07	陀螺仪采用率 125Hz
CONFIG	0x06	低通滤波器频率为 5Hz
GYRO_CONFIG	0x18	陀螺仪不自检，输出满量程范围为 ± 2000 °/s
ACCEL_CONFIG	0x01	加速度计不自检，输出的满量程范围为± 2g

寄存器117-设备地址-WHO_AM_I

[6:1] 保存设备地址，默认为 0x68，不反应AD0引脚值。

寄存器107-电源管理1-PWR_MGMT_1

DEVICE_RESET：设置为1时，寄存器值设置为默认。
SLEEP 当该位置1时，该位将MPU-60X0置于睡眠模式。
CYCLE 当该位设置为1且SLEEP被禁止时，MPU-60X0将循环在睡眠模式和唤醒之间以LP_WAKE_CTRL（寄存器108）确定的速率从活动传感器获取单个样本数据。

寄存器26-配置数字低通滤波器 -CONFIG

数字低通滤波器（DLPF）取值与滤波频段关系:

寄存器27 - 陀螺仪量程配置-GYRO_CONFIG

XG_ST-X轴陀螺仪自检，FS_SEL用于配置陀螺仪量程：

寄存器28 - 加速度计量程配置-ACCEL_CONFIG

寄存器25 - 采样速率分频器-SMPRT_DIV

该寄存器指定用于产生MPU-60X0采样率的陀螺仪输出速率的分频器。传感器寄存器输出，FIFO输出和DMP采样都基于采样率。采样率是通过将陀螺仪输出速率除以 SMPLRT_DIV 产生的。

Sample Rate = Gyroscope Output Rate / (1 + SMPLRT_DIV)
where Gyroscope Output Rate = 8kHz when the DLPF is disabled (DLPF_CFG = 0 or 7), and 1kHz when the DLPF is enabled (see Register 26)

在不开启DLPF的情况下，设置SMPLRT_DIV 为7可以时芯片产生1khz的中断信号。

寄存器59到64-加速度计测量值

大数端存放：地址地位存放数据高位，地址高位存放数据地位。
补码存放：因为测量值为有符号整数，因此采用补码方式存放

寄存器65和66 - 温度测量

寄存器67至72 - 陀螺仪测量值

四、 MPU6050传感器DMP功能

惯性传感器芯片内部一般会集成一个DMP（Digital Motion Processor）处理器，可以直接硬件解算四元数，解放主控资源。
注意关注一下硬件姿态解算，并不是之前印象中的那么难用，在crazypony开源项目中，开发者测试直接从MPU6050的DMP输出四元数，可以做的更加稳定，如果再外加一个磁力计，可以直接输出带有东西南北绝对位置。

五、I2C相关知识

数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit；若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束。
数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit。
处理繁忙：如果从机处于繁忙状态，并且现在不方便接受下一个字节，可以保持SCL为低电平，从而强制主机进入等待状态，等准备号后释放时钟线。
处理应答：应答时钟由主机控制，应答信号-在第9个时钟周期，SCL为高，SDA为低。拒绝应答-在第9个时钟周期，SDA一直为高。

六、调试记录

初始化异常报错
检查连接和代码都没有问题，更换传感器模块后正常。此错误为传感器模块质量问题，导致通信不正常。

E (262) I2Cbus: [port:0, slave:0x68] Failed to read 1 bytes from register 0x75, error: 0xFFFFFFFF
E (272) MPU6050: func:uint8_t mpud::MPU::whoAmI() @ line:162, expr:"readByte(regs::WHO_AM_I, buffer)", error:0xFFFFFFFF
E (282) MPU6050: func:esp_err_t mpud::MPU::testConnection() @ line:143, expr:"lastError()", error:0xFFFFFFFF
E (292) example: Failed to connect to the MPU, error=0XFFFFFFFF

更换模块后输出正常（未减去基准值）

七、参考链接

MPU6050开发 – 基本概念简介
MPU6050开发 – 进阶之I2C/SPI通信协议
MPU6050开发 – 测试程序分析
esp32-MPU-driver