STM32 姿态传感器mpu6050的使用

文章目录

特性
引脚说明
使用I2C软件，驱动mpu6050
手册中寄存器描述
MPU6050初始化的步骤：
数据读取
- mpu6050输出的值

特性

MPU6050 ，能同时检测三轴加速度、 三轴陀螺仪(三轴角速度)的运动数据以及温度数据。利用其内部的 DMP 模块（Digital Motion Processor 数字运动处理器），可对传感器数据进行滤波、融合处理，直接通过 IIC 接口向主控器输出姿态解算后的数据，降低主控器的运算量。其姿态解算频率最高可达 200Hz

参数	说明
供电	3.3V-5V
通讯接口	IIC 协议，支持的 IIC 时钟最高频率为 400KHz
测量维度	加速度： 3 维陀螺仪： 3 维
ADC 分辨率	加速度： 16 位陀螺仪： 16 位
加速度测量范围	±2g、 ±4g、 ±8g、 ±16g 其中 g 为重力加速度常数， g=9.8m/s ²
加速度最高分辨率	16384 LSB/g
加速度测量精度	0.1g
加速度输出频率	最高 1000Hz
陀螺仪测量范围	±250 º/s 、 ±500 º/s 、 ±1000 º/s、 ±2000 º/s、
陀螺仪最高分辨率	131 LSB/( º/s)
陀螺仪测量精度	0.1 º/s
陀螺仪输出频率	最高 8000Hz
DMP 姿态解算频率	最高 200Hz
温度传感器测量范围	-40~ +85℃
温度传感器分辨率	340 LSB/℃
温度传感器精度	±1℃
工作温度	-40~ +85℃
功耗	500uA~3.9mA (工作电压 3.3V)

引脚说明

引脚名称	说明
VCC	3.3/5V 电源输入
GND	地线
SCL	I2C 从时钟信号线 SCL (模块上已接上拉电阻)
SDA	I2C 从数据信号线 SDA (模块上已接上拉电阻)
XDA	I2C 主串行数据信号线，用于外接传感器(模块上已接上拉电阻)
XCL	I2C 主串行时钟信号线，用于外接传感器(模块上已接上拉电阻)
AD0	从机地址设置引脚接地或悬空时, 地址为: 0x68；接 VCC 时，地址为:0x69
INT	中断输出引脚

备注：SDA/SCL、 XDA/XCL 通讯引脚分别为两组 I2C 信号线；当模块与外部主机通讯时，使用 SDA/SCL，如与 STM32 芯片通讯；而 XDA/XCL 则用于 MPU6050 芯片与其它I2C 传感器通讯时使用，但一般不这样使用。

模块引脚与单片机连接

引脚名称	开发板连接
VCC	接3.3或5V
GND	GND
SCL	PB6
SDL	PB7
AD0	悬空或者接地
INT	PA11

编程要点
(1) 初始化 STM32 的 I2C（软件模拟）；
(2) 使用 I2C 向 MPU6050 写入控制参数；
(3) 定时读取加速度、角速度及温度数据；

使用I2C软件，驱动mpu6050

#define GPIO_PORT_I2C    GPIOB           /* GPIO端口*/
#define RCC_I2C_PORT    RCC_APB2Periph_GPIOB        /* GPIO时钟*/
#define I2C_SCL_PIN     GPIO_Pin_6          /* 连接SCL的GPIO */
#define I2C_SDA_PIN     GPIO_Pin_7          /* 连接SDL的GPIO */#define I2C_SCL_1()  GPIO_SetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SCL_PIN)       /* SCL = 1 */
#define I2C_SCL_0()  GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SCL_PIN)     /* SCL = 0 */#define I2C_SDA_1()  GPIO_SetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN)     /* SDA = 1 */
#define I2C_SDA_0()  GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN)     /* SDA = 0 */#define I2C_SDA_READ()  GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN) /*读SDA数据 */static void i2c_Delay(void)
{uint8_t i;for (i = 0; i < 10; i++);
}//当SCL高电平时，SDA出现一个下跳沿表示I2C总线启动信号
void i2c_Start(void)
{/*    _____*SDA      \_____________*    __________*SCL           \________*/I2C_SDA_1();I2C_SCL_1();i2c_Delay();I2C_SDA_0();i2c_Delay();I2C_SCL_0();i2c_Delay();
}//当SCL高电平时，SDA出现一个上跳沿表示I2C总线停止信号
void i2c_Stop(void)
{/*               _______*SDA __________/*          ____________*SCL _____/*/I2C_SDA_0();I2C_SCL_1();i2c_Delay();I2C_SDA_1();
}/*CPU向I2C总线设备发送8bit数据*/
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
{uint8_t i;/* 先发送高7位，*/for (i = 0; i < 8; i++){        if (_ucByte & 0x80){I2C_SDA_1();//发送的1}else{I2C_SDA_0();//发送的0}i2c_Delay();I2C_SCL_1();i2c_Delay(); I2C_SCL_0();if (i == 7){I2C_SDA_1(); //释放总线}_ucByte <<= 1; /*左移一个 bit */i2c_Delay();}
}/*
CPU从I2C设备读取8bit数据
*/
uint8_t i2c_ReadByte(u8 ack)
{uint8_t i;uint8_t value;/* 读取到第一个bit为数据的bit7 */value = 0;for (i = 0; i < 8; i++){value <<= 1;I2C_SCL_1();i2c_Delay();if (I2C_SDA_READ()){value++;}I2C_SCL_0();i2c_Delay();}if(ack==0)i2c_NAck();elsei2c_Ack();return value;
}/*
CPU产生一个时钟，并读取器件的ACK应答信号
*/
uint8_t i2c_WaitAck(void)
{uint8_t re;I2C_SDA_1();    /* CPU释放SDA总线 */i2c_Delay();I2C_SCL_1();    /* CPU驱动SCL = 1, 此器件会返回ACK应答 */i2c_Delay();if (I2C_SDA_READ()) /* CPU读取SDA口状态 */{re = 1;}else{re = 0;}I2C_SCL_0();i2c_Delay();return re;
}/*
CPU产生一个ACK信号*/
void i2c_Ack(void)
{/*           ____*SCL ______/    \______*    ____         _____*SDA     \_______/*/I2C_SDA_0();    /* CPU驱动SDA = 0 */i2c_Delay();I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */i2c_Delay();I2C_SCL_0();i2c_Delay();I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
}/*
CPU产生1个NACK信号
*/
void i2c_NAck(void)
{/*           ____*SCL ______/    \______*    __________________*SDA*/I2C_SDA_1();  /* CPU驱动SDA = 1 */i2c_Delay();I2C_SCL_1(); /* CPU产生一个时钟 */i2c_Delay();I2C_SCL_0();i2c_Delay();
}/*
配置I2C总线的GPIO
*/
void i2c_GPIO_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_I2C_PORT, ENABLE);  //时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; //开漏输出GPIO_Init(GPIO_PORT_I2C, &GPIO_InitStructure);//停止信号，复位I2C总线上的所有设备i2c_Stop();
}/*
CPU发送设备地址，然后读取设备应答是否有设备
*/
uint8_t i2c_CheckDevice(uint8_t _Address)
{uint8_t ucAck;i2c_GPIO_Config();       /* 配置GPIO */i2c_Start();        /*I2C开始信号*//* 发送设备地址和读写控制bit（0=写，1=读）bit7位先传 */i2c_SendByte(_Address|I2C_WR);ucAck = i2c_WaitAck(); /*检测设备应答 */i2c_Stop();          /* I2C结束信号 */return ucAck;
}

mp6050使用软件I2C读写数据
写

void MPU6050_WriteReg(u8 reg_add,u8 reg_dat)
{i2c_Start();i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS);i2c_WaitAck();i2c_SendByte(reg_add);i2c_WaitAck();i2c_SendByte(reg_dat);i2c_WaitAck();i2c_Stop();
}
读
void MPU6050_ReadData(u8 reg_add,unsigned char*Read,u8 num)
{unsigned char i;i2c_Start();i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS);i2c_WaitAck();i2c_SendByte(reg_add);i2c_WaitAck();i2c_Start();i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS+1);i2c_WaitAck();for(i=0;i<(num-1);i++){*Read=i2c_ReadByte(1);Read++;}*Read=i2c_ReadByte(0);i2c_Stop();
}

手册中寄存器描述

1、电源管理寄存器

描述：这个寄存器允许用户配置电源模式和时钟源。它也提供1位重置整个设备，和1位使能温度传感器
SLEEP 设置1时，设备进入低功耗休眠模式；TEMP_DIS用于设置是否使能温度传感器，0 则使能

CLKSEL[2:0]时钟源如下，

内部8M RC晶振精度不高，一般选择X/Y/Z轴陀螺作为参考PLL的时钟源，设置CLKSEL=001

2、陀螺仪寄存器
该寄存器用于触发陀螺仪自检并配置陀螺仪的量程范围。

FS_SEL[1:0]的取值：0，±250° /S； 1，±500° /S； 2，±1000° /S； 3，±2000° /S；
一般设置为3，±2000dps，因为陀螺仪的ADC为16位分辨率，所以得到灵敏度为65536/4000 = 16.4LSB(°/S)

3、加速度传感器
该寄存器用于触发加速计自检并配置加速计满标度范围。该寄存器还配置数字高通滤波器（DHPF）。

AFS_SEL[1:0]选择范围：0， ±2g； 1，±4g； 2，±8g； 3，±16g；
一般设置为0，±2g ，灵敏度为65536/4=16384 LSB/g

4、采样率
该寄存器指定用于生成MPU-60X0采样率的陀螺仪输出速率的除法器。

传感器寄存器输出、FIFO输出和DMP采样均基于采样率。

在这陀螺仪的输出频率是1Khz或者8Khz,与数字低通滤波器（DLPF）的设置有关。
公式 采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1+SMPLRT_DIV)

当 DLPF_CFG=0/7 的时候，频率为 8Khz，其他情况是 1Khz。而且 DLPF 滤波频率一般设置
为采样率的一半。

例如：采样率，假设为125HZ,那么 SMPLRT_DIV=1000/125 - 1 = 7

5、配置寄存器
该寄存器配置陀螺仪和加速度计的外部帧同步（FSYNC）引脚采样和数字低通滤波器（DLPF）设置。

其中，DLPF_CFG 配置低通滤波如下

一般我们设置角速度传感器的带宽为其采样率的一半，如前面所说的，如果设置采样率为 125Hz，那么带宽就应该设置为 62Hz，取近似值 44Hz，就应该设置 DLPF_CFG=011

MPU6050初始化的步骤：

复位MPU6050，让MPU6050内部的所有寄存器恢复默认值
必须设置该寄存器位0x00，以唤醒MPU6050，进入正常工作状态，一般选择x轴陀螺PLL作为时钟源，以获得更高精度的时钟。
陀螺仪配置寄存器（0x1B）
加速度传感器配置寄存器（0x1C）
陀螺仪采样率，由采样率分频寄存器（0x19）控制；
设置数字低通滤波器，由配置寄存器（0x1A）控制；
DLPF位设置，即DLPF_CFG[2:0],加速度技和陀螺仪，都是根据这三个位的配置进行过滤的，

初始化程序

#define MPU6050_RA_SMPLRT_DIV       0x19
#define MPU6050_RA_CONFIG           0x1A
#define MPU6050_RA_GYRO_CONFIG      0x1B
#define MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG     0x1C#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_1       0x6B
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_2       0x6C#define MPU6050_WHO_AM_I        0x75
#define MPU6050_SMPLRT_DIV      0  //8000Hz  fix me
#define MPU6050_DLPF_CFG        0  //fix me
#define MPU6050_GYRO_OUT        0x43     //MPU6050陀螺仪数据寄存器地址
#define MPU6050_ACC_OUT         0x3B     //MPU6050加速度数据寄存器地址void MPU6050_Init(void)
{int i=0,j=0;for(i=0;i<1000;i++){for(j=0;j<1000;j++)；}MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 0x01);MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_SMPLRT_DIV , 0x07);    //值得设置MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_CONFIG , 0x03);//值得设置MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG , 0x00);MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_GYRO_CONFIG, 0x18);
}

数据读取

1、陀螺仪数据输出寄存器
通过读取这6个寄存器，就可以读到陀螺仪 x/y/z 轴的值，比如 x 轴的数据，可以通过读取 0X43（高 8 位）和 0X44（低 8 位）寄存器得到，其他轴以此类推

void MPU6050ReadGyro(short *gyroData)
{u8 buf[6];MPU6050_ReadData(MPU6050_GYRO_OUT,buf,6);gyroData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];gyroData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];gyroData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}

2、加速度传感器数据输出寄存器
通过读取这6个寄存器，就可以读到加速度传感器 x/y/z 轴的值，比如读 x 轴的数据，可以通过读取0X3B（高 8 位）和0X3C（低8位）寄存器得到，其他轴以此类推

void MPU6050ReadAcc(short *accData)
{u8 buf[6];MPU6050_ReadData(MPU6050_ACC_OUT, buf, 6);accData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];accData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];accData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}

3、温度换算

温度传感器的值，可以通过读取 0X41（高 8 位）和 0X42（低 8 位）寄存器得到，

温度换算公式为：Temperature = 36.53 + regval/340

其中， Temperature 为计算得到的温度值，单位为℃， regval 为从 0X41 和 0X42 读到的温度传感器值

void MPU6050_ReturnTemp(float *Temperature)
{short temp3;u8 buf[2];MPU6050_ReadData(MPU6050_RA_TEMP_OUT_H,buf,2); temp3= (buf[0] << 8) | buf[1]; *Temperature=((double) temp3/340.0)+36.53;
}

4、主程序

uint8_t MPU6050ReadID(void)
{unsigned char Re = 0;MPU6050_ReadData(MPU6050_RA_WHO_AM_I,&Re,1); //读器件地址if (Re != 0x68) {MPU_ERROR("检测不到 MPU6050 模块");return 0;} else {MPU_INFO("MPU6050 ID = %d\r\n",Re);return 1;}
}
int main(void)
{short Accel[3];short Gyro[3];float Temp;SysTick_Init();SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;USART_Config();i2c_GPIO_Config();MPU6050_Init();//检测MPU6050if (MPU6050ReadID() == 1){  while(1){if(Task_Delay[0]==TASK_ENABLE){Task_Delay[0]=1000;} if(Task_Delay[1]==0){MPU6050ReadAcc(Accel);           printf("\加速度 %8d%8d%8d    ",Accel[0],Accel[1],Accel[2]);MPU6050ReadGyro(Gyro);printf("陀螺仪 %8d%8d%8d    ",Gyro[0],Gyro[1],Gyro[2]);              MPU6050_ReturnTemp(&Temp); printf("温度 %8.2f",Temp);               Task_Delay[1]=500;//更新数据的频率}}   }
}

mpu6050输出的值

加速度： 2634 -2146 16238 陀螺仪： -63 -29 -33 温度： 21.51
加速度： 2680 -2312 16044 陀螺仪： -53 -18 -36 温度： 21.53
加速度： 2744 -2320 16196 陀螺仪： -48 -16 -36 温度： 21.66
加速度： -1 -1 -1 陀螺仪： -1 -1 -1 温度： 36.53
加速度： -1 -1 -1 陀螺仪： -1 -1 -1 温度： 36.53
加速度： -9586 3804 12182 陀螺仪： -456 -594 -72 温度： 22.14
加速度： -2452 -1740 15716 陀螺仪： -232 -436 -169 温度： 22.17
加速度： -986 -1736 16178 陀螺仪： -64 -184 -56 温度： 22.20
加速度： -194 -1790 16366 陀螺仪： -46 -9 -11 温度： 22.24

参考

MPU-6000.6050中文资料.pdf
野火MPU6050模块用户手册.pdf
MPU6050原始数据分析.pdf