51获取6050原始数据并通过匿名上位机显示波形

其实之前就用stm32获取过6050的原始数据，但是当时只是为了用而用，对他的理解并不深入，也不明白到底是怎么获得这些数据的。

这几天回归原始，通过STC89C52RC，再一次对6050进行驱动，并获取原始数据。经过几天的努力，现在其实感觉6050没有想象中的那么复杂，复杂的是后面对他的数据进行的滤波和姿态解算。获取数据其实就是对里面的一些寄存器进行配置。但是要求熟练掌握单片机的 IIC 通信协议。通信协议这东西其实看着很简单，但是实际用起来有很多细节方面的东旭需要注意。关于具体 IIC 的通信协议发内容，可以看这里。但是最重要的还是通过自己真正的把 IIC 的协议给写出来，在遇到问题的过程中靠自己慢慢的去查找错误，其实这个过程最能锻炼人。在这个过程中，能收货很多东西。好了，貌似扯远了。

这是GY-521模块：

鉴于大部分同学使用的可能都是这个模块，就在说明一下 这个模块的内部电路图把。

这是进一步的封装的姿态解算模块：

这才是真正的MPU6050：

下面开始介绍重点，关于MPU6050的我的一些理解：

首先要知道6050的内置模块。包括一个三轴MEMS（微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System））陀螺仪、三轴MEMS加速度计，一个数字运动处理引擎（DMP）、还有用于第三方数字传感器接口的辅助IIC端口，（GY-521上面的xda,xcl），常用于扩展磁力计，当辅助IIC接口连接到一个三轴磁力计上面时，6050能提供一个完整的九轴融合输出到其主IIC接口上。同时，6050内部还内置了一个可编程的低通滤波器，可用于传感器数据的滤波。

要玩转6050，首先要明白 驱动IIC总线，然后初始化6050，最后从6050读取原始数据。其实就是读取几个寄存器。

其实之前就用过IIC，但是当时只是随用随学，导致现在也找不到当时的程序了，虽然这种程序网上一找一大堆，但是不是自己写的，心里难免有点难受。所以以后在平时学习的基础上一定要注重积累，积累自己常用的代码库，方便以后开发。

其次，我们手上的芯片可能不是单纯的MPU6050芯片，可能是别人包装好的GY-521模块，这个模块是对原始MPU6050进行了外围电路的设计，使之成为一个可以拿来就用的模块。在某宝上面售价基本在10RMB左右。当然，还有更厉害的，网上卖的直接 一个成品，模块上面集成了32位高速处理器，直接输出的就是经过滤波和姿态融合之后的数据。价格也基本在100RMB左右。更加方便。但是相应的可扩展性也就更差。
我们要做的就是在GY-521的基础上，自己通过单片机编程，来输出自己获取的姿态数据。进而可以用在自己的小制作上面。

1、关于DMP，知乎上有个网友的回答感觉很好：

【DMP就是指 MPU6050内部集成的处理单元，可以直接运算出四元数和姿态，而不再需要另外进行数学运算。DMP的使用大大简化了代码设计。DMP是数字运动处理器的缩写，顾名思义mpu9150（mpu6050）并不单单是一款传感器，其内部还包含了可以独立完成姿态解算算法的处理单元。如在设计中使用DMP来实现传感器融合算法优势很明显。首先，invensense官方提供的姿态解算算法应该比一般的小白要可靠的多。其次，由DMP实现姿态解算算法将单片机从算法处理的压力中解放出来，单片机所要做的是等待DMP解算完成后产生的外部中断，在外部中断里去读取姿态解算的结果。这样单片机有大量的时间来处理其他任务，提高了系统的实时性。经过 DMP你就可以得到四元数，四元数就是4个数，可以表征姿态，经过几个数学公式之后就可以的出姿态，姿态包括pitch，roll，yaw。综上，dmp之后直接出结果，可以直接用，当然你如果有特殊需要自己还要加滤波也没有问题。】

使用DMP虽然能减轻很多单片机的负载和压力，但是听说DMP的参考平面有点蛋疼。他解算出来的姿态角是以上电时的平面为基准平面的。也就是说每次上电都要把装置摆到绝对水平。但这有点困难。

2、加速度传感器是干嘛用的？
总而言这，加速度传感器，其实是力传感器。用来检查上下左右前后哪几个面都受了多少力（包括重力），然后计算角度。

3、陀螺仪是干嘛用的？
简而言之，陀螺仪就是角速度检测仪。比如，一块板，以X轴为轴心，在一秒钟的时间转到了90度，那么它在X轴上的角速度就是 90度/秒 （DPS, 角速度单位，Degree Per Second的缩写°/S ，体现了转动的快慢）

4、MPU6050分辨率是多少？
3轴加速度 和3轴陀螺仪分别用了3个16位的ADC,加速度有3个16位ADC，其中每个轴使用了一个。也是说，每个轴输出的数据，是2^16 也就是 -32768 —- +32768。陀螺仪也是一样。

单位换算 ：
上面说的-32768 — +32768 ，那么这个数字到底代表了什么呢？比如陀螺仪 32768 到底是指角速度达到多少度/秒 ？
这个其实是根据MPU6050设置的量程来决定的，量程不一样，32768代表的值就不一样。

分别设置为，250度/秒 , 2g

按陀螺仪来说，MPU6050 有四个量程可选：
±250，±500，±1000，±2000 度/s
比方说，设置了是 ±250 , 那么-32768 —- +32768 就代表了 -250 —- +250 。此时它的LSB(拉傻B，最低有效位) 是 32768 / 250 = 131 LSB/(度/s)。如果你一秒内旋转的角度超过了250度，那么检测出来的值仍然是250BPS，此时对于你的要求来说这个值是不准确的。

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下面是程序的讲解了：

//------------初始化---------------
unsigned char mpu6050_init(void)
{  

    if(iic_read_addr_byte(WHO_AM_I) != 0X68) //检查6050是否正常
    {
       return 0;
    }

    iic_write_addr_byte(PWR_MGMT_1, 0x00);  //电源管理，解除休眠状态
    delay_1ms(1);  
    iic_write_addr_byte(SMPLRT_DIV, 0x00);  //陀螺仪采样率，典型值0x00，陀螺仪输出频率为8KHZ,
    delay_1ms(1); 
    iic_write_addr_byte(CONFIG, 0x00);   //配置加速度计和陀螺仪的滤波器，加速度计始终1KHZ输出率，滤波的话。陀螺仪1KHZ输出，通过datasheet可以看到，滤波就是滤掉了250hz的频率分量
    delay_1ms(1); 
    iic_write_addr_byte(GYRO_CONFIG, 0x18);  //陀螺仪自检及测量范围，典型值0x18，不自检，2000dps ,LSB:16.4
    delay_1ms(1); 
    iic_write_addr_byte(ACCEL_CONFIG, 0x1F);  //加速度计自检、测量范围，典型值0x1f，不自检，16G    ,LSB:2048
    
    return 1;  

}

//------读取三轴加速度计的原始值，16位二进制数------
void mpu6050_read_acc(int* acc_data)    //16位adc，
{
    unsigned char buff[6];
    unsigned char i;

    for(i = 0;i<6;i++)
    {
        buff[i] = iic_read_addr_byte(ACC_ADDR + i);
    }

    acc_data[0] = (buff[0] << 8) | buff[1];//x轴高8位左移8位或上低8位
    acc_data[1] = (buff[2] << 8) | buff[3];
    acc_data[2] = (buff[4] << 8) | buff[5];

}

//------读取三轴陀螺仪原始值-----
void mpu6050_read_gyro(int* gyro_data)
{
    unsigned char buff[6];
    unsigned char i;

    for(i = 0;i<6;i++)
    {
        buff[i] = iic_read_addr_byte(GYRO_ADDR + i);
    }

    gyro_data[0] = (buff[0] << 8) | buff[1];//x轴高8位左移8位或上低8位
    gyro_data[1] = (buff[2] << 8) | buff[3];
    gyro_data[2] = (buff[4] << 8) | buff[5];
}

然后我们可以通过串口助手查看6050输出的数据是否正确（注意这时串口波特率的配置）

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当已经能正确输出6050数据的时候，就可以准备使用匿名上位机来显示波形了。因为后面需要进行滤波，单纯的看这些数据的话，估计一天下来，眼都要瞎了吧。所以为了保护好自己的眼睛，我们要 学会使用上位机来帮助我们。注意，这里不是打广告，具体使用什么上位机自己可以自由选择。

首先，我也不知道该怎么用上位机来显示波形，于是我请教了一位大佬，大佬和我说了这句话：

把传感器的数据按照地面站协议打包用串口发给电脑就行了

这句话得增大加粗来显示，因为这是接下来的核心思想。下面就是匿名的通信协议。打包，最后的函数是调用串口的发送函数，进行发送。

/**********为了匿名四轴上位机的协议定义的变量****************************/
//cup为小端模式存储，也就是在存储的时候，低位被存在0字节，高位在1字节
#define BYTE0(dwTemp)       (*(char *)(&dwTemp))     //取出int型变量的低字节
#define BYTE1(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 1))     //    取存储在此变量下一内存字节的内容，高字节
#define BYTE2(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 2))
#define BYTE3(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 3))


/* 
发送给上位机的数据帧定义 
@桢头--功能字--长度--数据（一个或多个，具体看协议说明）-校验
@前2个字节为帧头0xAAAA 
@第3个字节为帧ID，应设置为0xF1~0xFA中的一个 
@第4个字节为报文数据长度(dlc) 
@第5个字节开始到第5+dlc-1个字节为要传输的数据内容段，每个数据场为高字节在前，地字节在后 
@第5+dlc个字节为CheckSum,为第1个字节到第5+dlc-1个字节所有字节的值相加后，保留结果的低八位作为CheckSum 
*/  
void data_to_computer(int* acc_data,int* gyro_data)
{
    unsigned char  data_to_send[23] = {0};
    unsigned char i = 0;
    unsigned char cnt = 0;
    unsigned char sum = 0;
    
    data_to_send[cnt++]=0xAA;     //帧头：AAAA
    data_to_send[cnt++]=0xAA;
    data_to_send[cnt++]=0x02;     //功能字：OXF2
    data_to_send[cnt++]=0;         //需要发送数据的字节数，暂时给0，后面在赋值。

    data_to_send[cnt++] = BYTE1(acc_data[0]);//取data[0]数据的高字节，
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(acc_data[0]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE1(acc_data[1]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(acc_data[1]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE1(acc_data[2]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(acc_data[2]);

    data_to_send[cnt++] = BYTE1(gyro_data[0]);//取data[0]数据的高字节，
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(gyro_data[0]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE1(gyro_data[1]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(gyro_data[1]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE1(gyro_data[2]);
    data_to_send[cnt++] = BYTE0(gyro_data[2]);

    data_to_send[cnt++]=0;
    data_to_send[cnt++]=0;
    data_to_send[cnt++]=0;
    data_to_send[cnt++]=0;
    data_to_send[cnt++]=0;
    data_to_send[cnt++]=0;

    data_to_send[3] = cnt-4;//计算总数据的字节数。

    for(i=0;i//对于for语句，当不写大括号的时候，只执行到下面第一个分号结束。
    {
        sum+=data_to_send[i];
    }
    data_to_send[cnt++] = sum;    //计算校验位
    uart_send_string(data_to_send,cnt);

}

但是呢，虽然能出波形，但是慢的像**一样。。当使用11.0592晶振的单片机时，能与匿名上位机上面的波特率匹配的最高只有9600波特率了，虽然单片机还能产生更高的波特率，但是匿名上位机上面没有匹配的。这就很尴尬，使用9600波特率的时候，波形出来的很慢，不容易观察。

查资料才知道，51单片机使用11.0592晶振的时候，最大只能产生28800波特率，离上位机中基本的115200还差了近5倍。

查资料中。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

哦，原来还可以通过定时器2来作为波特率的通信发生器。但是我到现在还从来没用过定时器2呢。

如何使用单片机的定时器2，我参考了这下面三篇文章（都很好）：
https://www.cnblogs.com/perfy/p/3782166.html
https://www.cnblogs.com/CodeHXH/archive/2011/05/25/2057242.html
http://blog.csdn.net/lile777/article/details/45719283

看完之后，发现还 方便了很多呢。

    //使用定时器2做波特率发生器,@11.0292M
    SCON = 0X50;
    TH2 = RCAP2H = 0XFF;//baud : 115200
    TL2 = RCAP2L = 0XFD;
    T2CON = 0X34;//设置定时器 2 工作模式，波特率发生器
    IE = 0X90;//IE中断允许寄存器，0x90是开总中断和串口中断。

通过这几行代码，你就可以使用定时器2来产生波特率了。搭配11.0592M 晶振，最大可以产生110592bps的波特率。

啊，自从使用了定时器2，腰不酸，腿不疼了，上楼也有劲儿了..........................

 

2017.12.4 下午
终于在stc89c52rc上面使用定时器2,产生115200波特率的传输速率，将mpu6050获取的原始数据通过匿名上位机折线图显示了出来。
虽然目前还不是很懂定时器2的具体用法和串口怎么和上位机通信的原理。但是目前第一步做到了。后面就是学习一些滤波算法，并初步在51单片机上面实现，对这些嘈杂的原始数据进行滤波，和四元数姿态解算。

一点教训：当单片机电压过高的话，单片机不会工作，但是在8V以内，单片机也没有烧。
同样的程序，同样的操作，一开始早不到合适的电源，只能使用8V电源供电，但是单片机不工作，但是也没有烧掉，这是单片机的自我保护原理吗？还是其他？

这篇博客展示了如何将6050的数据发送给匿名上位机通过波形显示：
http://bbs.elecfans.com/jishu_536667_1_5.html

匿名上位机使用介绍：（但是我还没看。）
http://v.youku.com/v_show/id_XNTkzNDkxNTU2.html

转载于:https://www.cnblogs.com/qsyll0916/p/7978381.html