STM32 姿态传感器mpu6050的使用

发表于 2022-8-29 22:55

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

发表于 2022-8-29 23:01

发表于 2022-8-29 23:01

引脚说明

发表于 2022-8-29 23:02

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。

发表于 2022-8-29 23:03

模块引脚与单片机连接

发表于 2022-8-29 23:03

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；

发表于 2022-8-29 23:04

使用I2C软件，驱动mpu6050

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#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;

}

发表于 2022-8-29 23:31

mp6050使用软件I2C读写数据写

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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();

}

发表于 2022-8-29 23:32

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

发表于 2022-8-29 23:32

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

发表于 2022-8-29 23:33

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)

发表于 2022-8-29 23:34

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

发表于 2022-8-29 23:34

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

发表于 2022-8-29 23:35

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。

发表于 2022-8-29 23:36

其中，DLPF_CFG 配置低通滤波如下

发表于 2022-8-29 23:37

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

发表于 2022-8-29 23:37

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，

发表于 2022-8-29 23:38

初始化程序

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#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);

}

发表于 2022-8-29 23:39

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

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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];

}

发表于 2022-8-29 23:40

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

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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];

}

[其他] STM32 姿态传感器mpu6050的使用

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