一·簡(jiǎn)介:
1.要想知道MPU6050工作原理，得先了解下面?zhèn)z個(gè)傳感器：
①陀螺儀傳感器：
陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車(chē)其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐?chē)軸有一股保持水平的力量。現(xiàn)代陀螺儀可以精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它在現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要部分有機(jī)械式的陀螺儀，而機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高。70年代提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外。
②加速度傳感器：
加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。
其實(shí)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，在mpu6050中我們用陀螺儀傳感器測(cè)角度，用加速度傳感器測(cè)加速度
MPU-60X0 :
MPU-60X0是全球首例9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀， 3軸MEMS 加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器 DMP(DigitalMotion Processor)，可用 I2C 接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其 I2C 或 SPI 接口 輸出一個(gè) 9 軸的信號(hào)(SPI 接口僅在 MPU-6000 可用)。MPU-60X0 也可以通過(guò)其 I2C 接口 連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。 MPU-60X0 對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè) 16 位的 ADC，將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化 為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng)，傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的， 陀螺儀可測(cè)范圍為±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，加速度計(jì)可測(cè)范圍為±2，±4， ±8，±16g。 一個(gè)片上 1024 字節(jié)的 FIFO，有助于降低系統(tǒng)功耗。 和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用 400kHz 的 I2C 接口或 1MHz 的 SPI 接口(SPI 僅 MPU-6000 可用)。對(duì)于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用，對(duì)寄存器的讀取和中斷可用 20MHz 的 SPI。 另外，片上還內(nèi)嵌了一個(gè)溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。 芯片尺寸 4×4×0.9mm，采用 QFN 封裝(無(wú)引線方形封裝)，可承受最大 10000g 的沖 擊，并有可編程的低通濾波器。 關(guān)于電源，MPU-60X0 可支持 VDD 范圍 2.5V±5%，3.0V±5%，或 3.3V±5%。另外 MPU-6050 還有一個(gè) VLOGIC 引腳，用來(lái)為 I2C 輸出提供邏輯電平。VLOGIC 電壓可取 1.8±5%或者 VDD。
數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP):
DMP 從陀螺儀、加速度計(jì)以及外接的傳感器接收并處理數(shù)據(jù)，處理結(jié)果可以從 DMP 寄存器讀出，或通過(guò) FIFO 緩沖。DMP 有權(quán)使用 MPU 的一個(gè)外部引腳產(chǎn)生中斷。
二·數(shù)據(jù)傳輸:
1.I2C原理在上一篇博客里有詳細(xì)講解，在這里不再贅述。
如果要寫(xiě) MPU-60X0 寄存器，主設(shè)備除了發(fā)出開(kāi)始標(biāo)志(S)和地址位，還要加一個(gè) R/W 位，0 為寫(xiě)，1 為讀。在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期(高電平時(shí))，MPU-60X0 產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)。然 后主設(shè)備開(kāi)始傳送寄存器地址(RA)，接到應(yīng)答后，開(kāi)始傳送寄存器數(shù)據(jù)，然后仍然要有應(yīng) 答信號(hào)，依次類(lèi)推。
單字節(jié)寫(xiě)時(shí)序：
多字節(jié)寫(xiě)時(shí)序：
如果要讀取 MPU-60X0 寄存器的值，首先由主設(shè)備產(chǎn)生開(kāi)始信號(hào)(S)，然后發(fā)送從設(shè) 備地址位和一個(gè)寫(xiě)數(shù)據(jù)位，然后發(fā)送寄存器地址，才能開(kāi)始讀寄存器。緊接著，收到應(yīng)答信 號(hào)后，主設(shè)備再發(fā)一個(gè)開(kāi)始信號(hào)，然后發(fā)送從設(shè)備地址位和一個(gè)讀數(shù)據(jù)位。然后，作為從設(shè) 備的 MPU-60X0 產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)并開(kāi)始發(fā)送寄存器數(shù)據(jù)。通信以主設(shè)備產(chǎn)生的拒絕應(yīng)答信號(hào) (NACK)和結(jié)束標(biāo)志(P)結(jié)束。拒絕應(yīng)答信號(hào)(NACK)產(chǎn)生定義為 SDA 數(shù)據(jù)在第 9 個(gè) 時(shí)鐘周期一直為高。
三·STM32控制MPU6050
1.硬件連接
實(shí)驗(yàn)采用正點(diǎn)原子公司的 AN1507 ATK-MPU6050 六軸傳感器模塊
MPU6050 STM32
VCC <---> VCC
GND <---> GND
SDA <---> PB9
SCL <---> PB8
INT <---> 不接
AD0 <---> 不接
2. 重要寄存器
2.1 電源管理寄存器 1
DEVICE_RESET 位用來(lái)控制復(fù)位，設(shè)置為 1，復(fù)位 MPU6050，復(fù)位結(jié)束后， MPU
硬件自動(dòng)清零該位
SLEEEP 位用于控制 MPU6050 的工作模式，復(fù)位后，該位為 1，即進(jìn)
入了睡眠模式(低功耗)，所以我們要清零該位，以進(jìn)入正常工作模式
TEMP_DIS 用于設(shè)置是否使能溫度傳感器，設(shè)置為 0，則使能
CLKSEL[2:0]用于選擇系統(tǒng)時(shí)鐘源，選擇關(guān)系如表
CLKSEL[2:0] 時(shí)鐘源
000 內(nèi)部 8M RC 晶振
001 PLL，使用 X 軸陀螺作為參考
010 PLL，使用 Y 軸陀螺作為參考
011 PLL，使用 Z 軸陀螺作為參考
100 PLL，使用外部 32.768Khz 作為參考
101 PLL，使用外部 19.2Mhz 作為參考
110 保留
111 關(guān)閉時(shí)鐘，保持時(shí)序產(chǎn)生電路復(fù)位狀態(tài)
**默認(rèn)是使用內(nèi)部 8M RC 晶振的，精度不高，所以我們一般選擇 X/Y/Z 軸陀螺作為參考
的 PLL 作為時(shí)鐘源，一般設(shè)置 CLKSEL=001 即可**
2.2 陀螺儀配置寄存器
FS_SEL[1:0]這兩個(gè)位，用于設(shè)置陀螺儀的滿量程范圍： 0，±250°
/S; 1，±500° /S; 2，±1000° /S; 3，±2000° /S;我們一般設(shè)置為 3，即±2000° /S，因
為陀螺儀的 ADC 為 16 位分辨率，所以得到靈敏度為： 65536/4000=16.4LSB/(° /S)
2.3 加速度傳感器配置寄存器
AFS_SEL[1:0]這兩個(gè)位，用于設(shè)置加速度傳感器的滿量程范圍： 0，
±2g; 1，±4g; 2，±8g; 3，±16g;我們一般設(shè)置為 0，即±2g，因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鞯?
ADC 也是 16 位，所以得到靈敏度為： 65536/4=16384LSB/g
2.4 FIFO使能寄存器
該寄存器用于控制 FIFO 使能，在簡(jiǎn)單讀取傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以不用 FIFO，設(shè)置
對(duì)應(yīng)位為 0 即可禁止 FIFO，設(shè)置為 1，則使能 FIFO
加速度傳感器的 3 個(gè)軸，全由 1
個(gè)位( ACCEL_FIFO_EN)控制，只要該位置 1，則加速度傳感器的三個(gè)通道都開(kāi)啟 FIFO
2.5 陀螺儀采樣率分頻寄存器
該寄存器用于設(shè)置 MPU6050 的陀螺儀采樣頻率，計(jì)算公式為：
采樣頻率 = 陀螺儀輸出頻率 / (1+SMPLRT_DIV)
這里陀螺儀的輸出頻率，是 1Khz 或者 8Khz，與數(shù)字低通濾波器( DLPF)的設(shè)置有關(guān)，
當(dāng) DLPF_CFG=0/7 的時(shí)候，頻率為 8Khz，其他情況是 1Khz。而且 DLPF 濾波頻率一般設(shè)置
為采樣率的一半。采樣率，我們假定設(shè)置為 50Hz，那么 SMPLRT_DIV=1000/50-1=19
2.6 配置寄存器
數(shù)字低通濾波器( DLPF)的設(shè)置位，即： DLPF_CFG[2:0]，加速
度計(jì)和陀螺儀，都是根據(jù)這三個(gè)位的配置進(jìn)行過(guò)濾的。 DLPF_CFG 不同配置對(duì)應(yīng)的過(guò)濾情
況如表:
這里的加速度傳感器，輸出速率( Fs)固定是 1Khz，而角速度傳感器的輸出速率( Fs)，
則根據(jù) DLPF_CFG 的配置有所不同。一般我們?cè)O(shè)置角速度傳感器的帶寬為其采樣率的一半，
如前面所說(shuō)的，如果設(shè)置采樣率為 50Hz，那么帶寬就應(yīng)該設(shè)置為 25Hz，取近似值 20Hz，
就應(yīng)該設(shè)置 DLPF_CFG=100
2.7 電源管理寄存器 2
LP_WAKE_CTRL 用于控制低功耗時(shí)的喚醒頻率
剩下的 6 位，分別控制加速度和陀螺儀的x/y/z軸是否進(jìn)入待機(jī)模式，這里我們?nèi)慷疾贿M(jìn)入待機(jī)模式，所以全部設(shè)置為 0 即可
2.8 陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器
通過(guò)讀取這6個(gè)寄存器，就可以讀到陀螺儀 x/y/z 軸的值，比如 x 軸的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)讀取
0X43(高 8 位)和 0X44(低 8 位)寄存器得到，其他軸以此類(lèi)推
2.9 加速度傳感器數(shù)據(jù)輸出寄存器
通過(guò)讀取這6個(gè)寄存器，就可以讀到加速度傳感器 x/y/z 軸的值，比如讀 x 軸的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)讀取 0X3B(高 8 位)和0X3C(低8位)寄存器得到，其他軸以此類(lèi)推
2.10 溫度傳感器數(shù)據(jù)輸出寄存器
溫度傳感器的值，可以通過(guò)讀取 0X41(高 8 位)和 0X42(低 8 位)寄存器得到，
溫度換算公式為：
Temperature = 36.53 + regval/340
其中， Temperature 為計(jì)算得到的溫度值，單位為℃， regval 為從 0X41 和 0X42 讀到的
溫度傳感器值
2.11 中斷使能寄存器
OT_EN 該位置 1，該位使能運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(Motiondetection)產(chǎn)生中斷。
FIFO_OFLOW_EN該位置1，該位使能FIFO緩沖區(qū)溢出產(chǎn)生中斷。
I2C_MST_INT_EN該位置1，該位使能I2C主機(jī)所有中斷源產(chǎn)生中斷。
DATA_RDY_EN 該位置 1，該位使能數(shù)據(jù)就緒中斷( Data Ready interrupt)，所有的傳感器寄存器寫(xiě)操作完成時(shí)都會(huì)產(chǎn)生
關(guān)閉所有中斷則給此寄存器賦值0X00
3. 軟件驅(qū)動(dòng)
3.1 通過(guò)IIC對(duì)MPU6050寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)
//IIC寫(xiě)一個(gè)字節(jié)
//reg: 寄存器地址
//data: 數(shù)據(jù)
//返回值: 0,正常
// 其他,錯(cuò)誤代碼
u8 IIC_Write_Byte(u8 reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫(xiě)命令
if(IIC_Wait_Ack()) //等待應(yīng)答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫(xiě)寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待應(yīng)答
IIC_Send_Byte(data);//發(fā)送數(shù)據(jù)
if(IIC_Wait_Ack()) //等待ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC讀一個(gè)字節(jié)
//reg:寄存器地址
//返回值:讀到的數(shù)據(jù)
u8 IIC_Read_Byte(u8 reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫(xiě)命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Send_Byte(reg);//寫(xiě)寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//發(fā)送期間地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
res=IIC_Read_Byte(0);//讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送nACK
IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件
return res;
}
//IIC連續(xù)寫(xiě)
//addr:器件地址
//reg: 寄存器地址
//len: 寫(xiě)入長(zhǎng)度
//buf: 數(shù)據(jù)區(qū)
//返回值: 0,正常
// 其他，錯(cuò)誤代碼
u8 IIC_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫(xiě)命令
if(IIC_Wait_Ack())//等待應(yīng)答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫(xiě)寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
for(i=0;i
{
IIC_Send_Byte(buf[i]);//發(fā)送數(shù)據(jù)
if(IIC_Wait_Ack())//等待ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC連續(xù)讀
//addr:器件地址
//reg:要讀取的寄存器地址
//len:要讀取得長(zhǎng)度
//buf:讀取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)
//返回值: 0,正常
// 其他，錯(cuò)誤代碼
u8 IIC_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫(xiě)命令
if(IIC_Wait_Ack())//等待應(yīng)答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫(xiě)寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//發(fā)送器件地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
while(len)
{
if(len==1) *buf=IIC_Read_Byte(0);//讀數(shù)據(jù)，發(fā)送nACK
else *buf=IIC_Read_Byte(1);//讀數(shù)據(jù)，發(fā)送ACK
len--;
buf++;
}
IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件
return 0;
}
3.2 MPU6050初始化
//初始化MPU6050
//返回值: 0,成功
// 其他,錯(cuò)誤代碼
u8 MPU_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化IIC總線
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//復(fù)位MPU6050
delay_ms(100);
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);//喚醒MPU6050
MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺儀傳感器,±2000dps
MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度傳感器 ±2g
MPU_Set_Rate(50); //設(shè)置采樣率50HZ
IIC_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //關(guān)閉所有中斷
IIC_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);//I2C主模式關(guān)閉
IIC_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);//關(guān)閉FIFO
IIC_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80);//INT引腳低電平有效
res=IIC_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
if(res==MPU_ADDR)//器件ID正確
{
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);//設(shè)置CLKSEL,PLL X 軸為參考
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00);//加速度陀螺儀都工作
MPU_Set_Rate(50); //設(shè)置采樣率為50HZ
}else return 1;
return 0;
}
//設(shè)置MPU6050陀螺儀傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,設(shè)置成功
// 其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
return IIC_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//設(shè)置陀螺儀滿量程范圍
}
//設(shè)置MPU6050加速度傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,設(shè)置成功
// 其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
return IIC_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//設(shè)置加速度傳感器滿量程范圍
}
//設(shè)置MPU6050的數(shù)字低通濾波器
//lpf:數(shù)字低通濾波頻率(Hz)
//返回值:0,設(shè)置成功
// 其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)
{
u8 data=0;
if(lpf>=188) data=1;
else if(lpf>=98) data=2;
else if(lpf>=42) data=2;
else if(lpf>=42) data=3;
else if(lpf>=20) data=4;
else if(lpf>=10) data=5;
else data=6;
return IIC_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//設(shè)置數(shù)字低通濾波器
}
//設(shè)置MPU6050的采樣率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,設(shè)置成功
// 其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
u8 data;
if(rate>1000)rate=1000;
if(rate<4)rate=4;
data=1000/rate-1;
data=IIC_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data); //設(shè)置數(shù)字低通濾波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自動(dòng)設(shè)置LPF為采樣率的一半
}
3.3 讀取MPU6050相關(guān)測(cè)得原始數(shù)據(jù)
//得到溫度值
//返回值:溫度值(擴(kuò)大了100倍)
short MPU_Get_Temperature(void)
{
u8 buf[2];
short raw;
float temp;
IIC_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf);
raw=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
temp=36.53+((double)raw)/340;
return temp*100;;
}
//得到陀螺儀值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(shù)(帶符號(hào))
//返回值:0,成功
// 其他,錯(cuò)誤代碼
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
u8 buf[6],res;
res=IIC_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
{
*gx=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
*gy=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*gz=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;
}
//得到加速度值(原始值)
//ax,ay,az:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(shù)(帶符號(hào))
//返回值:0,成功
// 其他,錯(cuò)誤代碼
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
u8 buf[6],res;
res=IIC_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
{
*ax=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
*ay=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*az=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;;
}
下載文檔
