STM32 姿态传感器mpu6050的使用
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
引脚说明
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
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();
else
i2c_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,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//8000Hzfix 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;
MPU6050_ReadData(MPU6050_GYRO_OUT,buf,6);
gyroData = (buf << 8) | buf;
gyroData = (buf << 8) | buf;
gyroData = (buf << 8) | buf;
}
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;
MPU6050_ReadData(MPU6050_ACC_OUT, buf, 6);
accData = (buf << 8) | buf;
accData = (buf << 8) | buf;
accData = (buf << 8) | buf;
}
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