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STM32 姿态传感器mpu6050的使用

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楼主
略略u|  楼主 | 2022-8-29 22:55 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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

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略略u 2022-8-29 22:57 回复TA
———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「为了维护世界和平_」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/WANGYONGZIXUE/article/details/121503215 
沙发
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:01 | 只看该作者

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板凳
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:01 | 只看该作者
引脚说明

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地板
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:02 | 只看该作者
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。

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5
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:03 | 只看该作者
模块引脚与单片机连接

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6
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:03 | 只看该作者
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;

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7
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:04 | 只看该作者
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;
}

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8
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:31 | 只看该作者
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();
}

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();
}

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9
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:32 | 只看该作者
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

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10
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:32 | 只看该作者
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

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11
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:33 | 只看该作者
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)

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12
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:34 | 只看该作者
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

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13
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:34 | 只看该作者
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

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14
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:35 | 只看该作者
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。

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15
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:36 | 只看该作者
其中,DLPF_CFG 配置低通滤波如下

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16
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:37 | 只看该作者
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

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17
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:37 | 只看该作者
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,

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18
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:38 | 只看该作者
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);
}

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19
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:39 | 只看该作者
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];
}

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20
略略u|  楼主 | 2022-8-29 23:40 | 只看该作者
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];
}

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