stm32f103与mpu6050通信详解

在做单片机与mpu6050通信之前我们得了解下mpu6050的特性和内部寄存器，而单片机和mpu6050的通信就是通过配置内部寄存器来实现的。

-------------------------------------华丽的分割线(以下介绍MPU6050的基础知识)------------------------------------------------------------------------

一.MPU6050介绍：

MPU6050 是 一款 6 轴运动处理组件，内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，并且含有一个第二 IIC 接口，
可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，

向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。有了 DMP，我们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，非常方便的实现

姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。

二.MPU6050 的特点：
① 以数字形式输出 6 轴或 9 轴（需外接磁传感器）的旋转矩阵、四元数(quaternion)、
欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据（需 DMP 支持）
② 具有 131 LSBs/° /sec 敏感度与全格感测范围为±250、±500、±1000 与±2000°
/sec 的 3 轴角速度感测器(陀螺仪)
③ 集成可程序控制，范围为±2g、±4g、±8g 和±16g 的 3 轴加速度传感器
④ 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的飘移
⑤ 自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演
算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷
⑥ 内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了客户须另外进行校正的需求
⑦ 自带一个数字温度传感器
⑧ 带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS
⑨ 可程序控制的中断(interrupt)，支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速
下降中断、 high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能
⑩ VDD 供电电压为 2.5V±5%、 3.0V±5%、 3.3V±5%； VLOGIC 可低至 1.8V± 5%
⑪ 陀螺仪工作电流： 5mA，陀螺仪待机电流： 5uA；加速器工作电流： 500uA，加速
器省电模式电流： 40uA@10Hz

⑫ 自带 1024 字节 FIFO，有助于降低系统功耗
⑬ 高达 400Khz 的 IIC 通信接口
⑭ 超小封装尺寸： 4x4x0.9mm（QFN）
 

注：本次通讯讲解主要用到的是红色标注的地方。

-------------------------------------华丽的分割线(以下介绍相关寄存器)------------------------------------------------------------------------------------

三.mpu6050内部寄存器：

MPU6050内部有很多寄存器而我们本次讲解只用到了一部分，对于其他的寄存器可以参考官方寄存器手册查看。

1.电源管理寄存器 1，该寄存器地址为 0X6B

Bit7用来控制复位复位结束后硬件自动清0。

Bit6用来唤醒MPU6050使他进入工作模式。

Bit3：用于设置是否使能温度传感器，设置为 0，则使能(上电默认使能)。

Bit0--Bit2：选择系统时钟源(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)。

注：MPU6050复位后，Bit6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

2.陀螺仪配置寄存器，该寄存器地址为： 0X1B

主要关注bit3和bit4，该位是陀螺仪量程选择位，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，寄存器地址为： 0X1C

该寄存器我们只关心 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  (表示1g的加速度对应adc的值为16384)。

量程选择问题：我们的内部adc为16位能够保存的数据量为65536个数据(65536/2~65536/2-1)，而如果我们选择加速度的量程为

±2g那么能够表示的数据个数为2*2=4，所以得到灵敏度为： 65536/4=16384LSB/g，表示为1g=16384，那么1=1/16384g。

所以有adc输出的数字1表示了1/16384个重力加速度(g)。

4.FIFO 使能寄存器，寄存器地址为： 0X1C

该寄存器用于控制 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。

5.陀螺仪采样率分频寄存器，寄存器地址为： 0X19  （该寄存器要配合配置寄存器来使用）

6.配置寄存器，寄存器地址为： 0X1A

频率设定：

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(配置寄存器的某位)=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：我们设定采样频率为50hz，让陀螺仪的输出频率为1khz，由公式有：50=1k/(1+SMPLRT_DIV)--->SMPLRT_DIV=19,因此我们就得到了陀螺仪采样率分频寄存器的值，此时我们还要设定配置寄存器中DLPF_CFG的值，由于我们是假设陀螺仪输出频率为1khz来算的并且采样频率为50那么我们的带宽应该选择和50/2接近的数值100。

注意：如果我们需要的采样频率比较高或者比较低的时候我们才会使用8khz的陀螺仪输出频率，说白了就是要尽量的使得DLPF 滤波频率一般设置为采样率的一半，如果使用的频率不是太高尽量使用1khz。

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

Fs貌似是等于带宽的。。。

DLPF_CFG 不同配置对应的过滤情况如下：

7.电源管理寄存器 2，寄存器地址为： 0X6C

该寄存器的 LP_WAKE_CTRL 用于控制低功耗时的唤醒频率，本章用不到。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地址为：0X43~0X48(6个寄存器)

该6个寄存器对应X,Y，Z三个轴上的值，每个轴由2个8位寄存器控制所以每个轴上的数据实际上是16位的（有一位为符号位，由于符号位占了一位所以相当于15位存值，因此输出值得范围是：65536/2~（-65536/2-1））。

注意：这个寄存器存的是补码，也即是说数据最高位为符号位，也就是说这些数据是有符号的。

关于补码的知识参考：https://blog.csdn.net/xd_hebuters/article/details/53321720

9.加速度数据输出寄存器，地址为： 0X3B~0X40   

该寄存器同陀螺仪数据输出寄存器。

10。温度传感器输出数据寄存器，地址：0X41（高 8 位）和 0X42（低 8 位）

  温度换算公式为：
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。
 

-------------------------------------华丽的分割线(以下介绍如何配置这些寄存器)-------------------------------------------------------------------------

首先我们的单片机是通过IIC协议来和MPU6050通信的因此得熟悉此协议。

iic协议传送门：https://blog.csdn.net/zj490044512/article/details/83412901

mpu6050驱动相关函数：（红色部分很重要，注意他的参数个数）

u8 MPU_Init(void);                                 //初始化MPU6050
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf);//IIC连续写
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf); //IIC连续读 
u8 MPU_Write_Byte(u8 reg,u8 data);                //IIC写一个字节
u8 MPU_Read_Byte(u8 reg);                        //IIC读一个字节

mpu6050初始化过程：

1） 初始化 IIC 接口；

2）复位 MPU6050。
3）设置角速度传感器（陀螺仪）和加速度传感器的满量程范围。
4）设置其他参数。

      我们还需要配置的参数有：关闭中断、关闭 AUX IIC 接口、禁止 FIFO、设置陀螺仪采样率和设置数字低通滤波器（DLPF）等。
5）配置系统时钟源并使能角速度传感器和加速度传感器。

例如：

    MPU_IIC_Init();//初始化IIC总线
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);    //复位MPU6050
    delay_ms(100);
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);    //唤醒MPU6050 
    MPU_Set_Gyro_Fsr(3);                    //陀螺仪传感器,±2000dps
    MPU_Set_Accel_Fsr(0);                    //加速度传感器,±2g
    MPU_Set_Rate(50);                        //设置采样率50Hz
    MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00);    //关闭所有中断
    MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);    //I2C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
     MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);    //设置CLKSEL,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);                        //设置采样率为50Hz

注意：在芯片复位的时候需要一定的等待时间，MPU6050复位后会进入了睡眠模式（低功耗），因此我们要唤醒mpu6050，如果没有唤醒那么不管传感器怎么运动得到的数据都会不变。

配置完成后我们只需要读取数据寄存器就可以得到原始数据。。

可是我们拿到原始数据没什么用因此需要进行姿态融合，由于mpu6050自带DMP我们只需要移植官方DMP库就ok。

-------------------------------------华丽的分割线(以下介绍DMP移植)-------------------------------------------------------------------------

其实要移植的驱动代码就这6个文件

该驱动重点就是两个c文件：inv_mu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c其中，inv_mu.c中添加了几个函数，方便读者使用。我们要做的是怎么操作上面两个文件里面的函数，方便我们得出我们想要的结果，重点介绍两个函数：

1. 初始化函数mpu_dmp_init():

2.获取欧拉角数据函数：

然后在主函数中初始化mpu6050和dmp就可以通过函数获取融合后的数据了。。

注意：在移植过程中由于dmp中的iic是我们提供的所以在inv.mpu.c中修改宏定义：

箭头处修改为mpu的读取长字节数据的函数，注意：是mpu连续读取字节函数，该函数传递的参数必须为4个：

也就是参数的匹配问题。

还有就是dmp固件库中传递的从机地址为0x68所以我们在iic中要对这个地址左移1位加上数据读写方向。

这样就一直成功了。。。。。

 

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