STM32通过IIC读取MPU6050原始数据过程详解
STM32通过IIC读取MPU6050数据过程详解
一：硬件介绍
此款MPU6050是通过IIC来与MCU通信的，它有两个IIC接口，第一个是主IIC，通过SCL和SDA两条线与MCU通信；第二个辅助IIC通道，通过AUX_CL和AUX_DA连接外部从设备，比如磁传感器，这样就可以组成一个九轴传感器。VLOGIC 是 IO 口电压，该引脚最低可以到 1.8V，我们一般直接接 VDD 即可。AD0 是从 IIC 接口（接 MCU）的地址控制引脚，该引脚控制IIC 地址的最低位。如果接 GND，则 MPU6050 的 IIC 地址是：0X68，如果接 VDD，则是0X69，注意：这里的地址是不包含数据传输的最低位的（最低位用来表示读写）！！
这里是 ATK-MPU6050 模块与MiniSTM32F103 开发板的连接。ATK-MPU6050 模块原理图如下图所示：从上图可知，ATK-MPU6050 模块，通过 P1 排针与外部连接，引出了 VCC、GND、IIC_SDA、IIC_SCL、MPU_INT 和MPU_AD0 等信号，其中，IIC_SDA 和 IIC_SCL 带了 4.7K上拉电阻，外部可以不用再加上拉电阻了，另外 MPU_AD0 自带了 10K 下拉电阻，当 AD0悬空时，默认 IIC 地址为（0X68）。
引脚说明：
二：相关寄存器介绍
1：电源管理寄存器（0x6B）
该寄存器的地址为0x6B，其中DEVICE_RESET 位用来控制复位，设置为 1，复位 MPU6050，复位结束后，MPU硬件自动清零该位。SLEEEP 位用于控制 MPU6050 的工作模式，复位后，该位为 1，即进入了睡眠模式（低功耗），所以我们要清零该位，以进入正常工作模式。TEMP_DIS 用于设置是否使能温度传感器，设置为 0，则使能。最后 CLKSEL[2:0]用于选择系统时钟源，选择关系如表 1.1.1 所示：默认是使用内部 8M RC 晶振的，精度不高，所以我们一般选择 X/Y/Z 轴陀螺作为参考的 PLL 作为时钟源，一般设置 CLKSEL=001 即可.
2：陀螺仪配置寄存器（0x1B）该寄存器地址为：0X1B， 其中FS_SEL[1:0]这两个位用于设置陀螺仪的满量程范围：0，±250°/S；1，±500°/S；2，±1000°/S；3，±2000°/S；我们一般设置为 3，即±2000°/S，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:加速度传感器配置寄存器(0x1C)该寄存器地址为：0X1C，其中AFS_SEL[1:0]这两个位，用于设置加速度传感器的满量程范围：0，±2g；1，±4g；2，±8g；3，±16g；我们一般设置为 0，即±2g，因为加速度传感器的ADC 也是 16 位，所以得到灵敏度为：65536/4=16384LSB/g。
4： FIFO 使能寄存器（0X1C）
该寄存器地址为：0X1C，用于控制 FIFO 使能，在简单读取传感器数据的时候，可以不用 FIFO，设置对应位为 0 即可禁止 FIFO，设置为 1，则使能 FIFO。注意加速度传感器的 3 个轴，全由 1个位（ACCEL_FIFO_EN）控制，只要该位置 1，则加速度传感器的三个通道都开启 FIFO了。
5：陀螺仪采样率分频寄存器（0x19）该寄存器地址为：0X19，用于设置 MPU6050 的陀螺仪采样频率，计算公式为：
采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1+SMPLRT_DIV)
这里陀螺仪的输出频率，是 1Khz 或者 8Khz，与数字低通滤波器（DLPF）的设置有关，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。采样率，我们假定设置为 50Hz，那么 SMPLRT_DIV=1000/50-1=19。
6：配置寄存器（0x1A）
该寄存器地址为：0X1A，这里，我们主要关心数字低通滤波器（DLPF）的设置位，即：DLPF_CFG[2:0]，加速度计和陀螺仪，都是根据这三个位的配置进行过滤的。DLPF_CFG 不同配置对应的过滤情况如表 1. 1. 2 所示这里的加速度传感器，输出速率（Fs）固定是 1Khz，而角速度传感器的输出速率（Fs），则根据 DLPF_CFG 的配置有所不同。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 50Hz，那么带宽就应该设置为 25Hz，取近似值 20Hz，就应该设置 DLPF_CFG=100。
7：电源管理寄存器（0x6C）该寄存器的 LP_WAKE_CTRL 用于控制低功耗时的唤醒频率，剩下的 6位，分别控制加速度和陀螺仪的 x/y/z 轴是否进入待机模式，这里我们全部都不进入待机模式，所以全部设置为 0 即可。
8：陀螺仪数据输出寄存器(0x43-0x48)总共有 8 个寄存器组成，地址为：0X43~0X48，通过读取这 8 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。
9:加速度传感器数据输出寄存器(：0x3B~0x40)同样，加速度传感器数据输出寄存器，也有 8 个，地址为：0X3B~0X40，通过读取这 8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。
10：温度数据寄存器（0x41-0x42）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。
11:相关寄存器的宏定义
在STM32中，相关寄存器的宏定义在mpu6050.h头文件中声明：
三：相关程序解释
1：初始化程序，全是通过配置相关寄存器的相应位来设置mpu6050的各种模式和参数，可以参考寄存器的相关解释来看相应的初始化程序。IIC协议不懂的可以看博主前面的教程。
//初始化MPU6050
//返回值：0，成功
// 其他，错误代码
u8 MPU_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化IIC总线
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80); //通过设置电源管理寄存器的相应位复位MPU6050
delay_ms(100);
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00); //设置电源管理寄存器的相应位全部为0，唤醒MPU6050
MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺仪传感器，正负2000dps
MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度传感器，正负2g
MPU_Set_Rate(50); //采样率50Hz
MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //关闭所有中断
MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00); //I2主模式关闭
MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00); //关闭FIFO
MPU_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80); //INT引脚低电平有效
res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
{
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01); //设置CLKSET,PLL,x轴为参考
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00); //加速度与陀螺仪都工作
MPU_Set_Rate(50); //采样频率设置50Hz
}else return 1;
return 0;
}
//设置MPU6050陀螺仪传感器的满量程范围
//fsr:0,±250dps；1，±500dps；2，±1000dps；3，±2000dps
//返回值：0设置成功
// 其它，设置失败
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
return MPU_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//通过配置相关寄存器，设置陀螺仪的满量程范围
}
//设置mpu6050加速度传感器满量程范围
//fsr:0,±2g；1，±4g；2，±8g；3，±16g
//返回值：0，设置成功
// 其它，设置失败
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
return MPU_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);
}
//设置mpu6050的数字低通滤波器
//lpf:数字低通滤波器频率（Hz）
//返回值：0，设置成功
// 其它，设置失败
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=3;
else if(lpf>=20)data=4;
else if(lpf>=10)data=5;
else data=6;
return MPU_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);
}
//设置mpu6050的采样率（假定Fs=1KHz）
//rate:4~1000(Hz)
//返回值：0，设置成功
// 其它，设置失败
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
u8 data;
if(rate>1000)rate=1000;
if(rate<4)rate=4;
data=1000/rate-1;
data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data); //设置数字低通滤波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半
}
2：通过IIC读写，通过IIC协议读取相应数据寄存器内的数据
//得到温度值
//返回值：温度值（扩大了100倍）
short MPU_Get_Temperature(void)
{
u8 buf[2];
short raw;
float temp;
MPU_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;;
}
//得到陀螺仪值（原始值）
//gx,gy,gz：陀螺仪x，y，z轴的原始读数（带符号）
//返回值：0，成功
// 其它：错误代码
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_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：加速度x，y，z轴的原始读数（带符号）
//返回值：0，成功
// 其它：错误代码
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_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;;
}
//IIC连续写
//addr:器件地址
//reg:寄存器地址
//len:写入长度
//buf:数据区
//返回值：0，成功
// 其它：错误代码
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令，注意器件地址不包括最低位，所以左移1位，最低位为0时代表写。
if(IIC_Wait_Ack()) //等待应答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //写寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
for(i=0;i<len;i++) //连续写
{
IIC_Send_Byte(buf[i]); //发送数据
if(IIC_Wait_Ack()) //等待ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC连续读
//addr:器件地址
//reg:要读取的寄存器地址
//len:要读取的长度
//buf:读取到的数据存储区
//返回值：0，成功
// 其它：错误代码
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令，注意器件地址不包括最低位，所以右移1位，最低位为0时代表写。
if(IIC_Wait_Ack()) //等待应答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //写寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//发送器件地址+读命令，注意器件地址不包括最低位，所以左移1位，最低位为1时代表写。
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
while(len)
{
if(len==1)*buf=IIC_Read_Byte(0);//读数据，到最后一位时发送nACK
else *buf=IIC_Read_Byte(1); //读数据，发送nACK
len--;
buf++;
}
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
return 0;
}
//IIC写一个字节
//reg:寄存器地址
//data:数据
//返回值：0，成功
// 其它：错误代码
u8 MPU_Write_Byte(u8 reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令，注意器件地址不包括最低位，所以左移1位，最低位为0时代表写。
if(IIC_Wait_Ack())
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //写器件地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(data);//发送数据
if(IIC_Wait_Ack())
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC读一个字节
//reg:寄存器地址
//返回值：读到的数据
u8 MPU_Read_Byte(u8 reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令，注意器件地址不包括最低位，所以左移1位，最低位为0时代表写。
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//发送器件地址+读命令
IIC_Wait_Ack();
res=IIC_Read_Byte(0); //读取数据发送nACK
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
return res;
}
至此就可以在主程序中读到mpu6050加速度计和陀螺仪的原始数据了
temp=MPU_Get_Temperature(); //获取温度值
MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz);//获取三轴加速度值
MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz); //获得三轴角速度值
当然读到的原始数据还不能直接使用，要转化成四元数，欧拉角后，获得器件的姿态角才有用，而 MPU6050 自带了数字运动处理器，即 DMP，并且，InvenSense 提供了一个 MPU6050 的嵌入式运动驱动库，结合 MPU6050 的 DMP，可以将我们的原始数据，直接转换成四元数输出，而得到四元数之后，就可以很方便的计算出欧拉角，从而得到 yaw、roll 和 pitch。这部分会在后面的博客进行介绍。
参考：
《MPU-6000 & MPU-6050 寄存器表及其描述(中文版)》
《ATK-MPU6050六轴传感器模块使用说明(Mini V3)_AN1507》
《ATK-MPU6050六轴传感器模块用户手册_V1.0》
正点原子相关教程
本文地址：https://blog.csdn.net/w1050321758/article/details/108996091