MPU6050简介(1)-基于正点原子的视频整理

DMP做姿态解算，做姿态解算。
MPU6050的特点
①自带数字运动处理（ DMP: Digital Motion Processing ），可以输出6轴或9轴（需外接磁传感器）姿态解算数据。
②集成可程序控制，测量范围为±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自带数字温度传感器
⑤可输出中断(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
⑥自带1024字节FIFO，有助于降低系统功耗
⑦高达400Khz的IIC通信接口
⑧超小封装尺寸：4x4x0.9mm（QFN）
INT是中断输出脚
CS片宣教
ADO设置地址的 AD0 = 0->地址 = 0X68，AD0 = 1->地址 = 0X69
SCL SDA主II2C接口

①初始化IIC接口。
②复位MPU6050。由电源管理寄存器1(0X6B)控制。
③设置角速度传感器和加速度传感器的满量程范围。由陀螺仪配置寄存器(0X1B)和加速度传感器配置寄存器(0X1C)设置 。
④设置其他参数。实际运行中（1）（2）（3）都不使用，一般只使用陀螺仪和数字低通滤波器。
（1）配置中断，由中断使能寄存器(0X38)控制；
（2）设置AUX IIC接口，由户控制寄存器(0X6A)控制；
（3）设置FIFO，由FIFO使能寄存器(0X23)控制；
（4）陀螺仪采样率 ，由采样率分频寄存器(0X19)控制；
（5）设置数字低通滤波器，由配置寄存器(0X1A)控制。
⑤设置系统时钟。由电源管理寄存器1(0X6B)控制。一般选择x轴陀螺PLL作为时钟源，以获得更高精度的时钟。
⑥使能角速度传感器(陀螺仪)和加速度传感器。由电源管理寄存器2(0X6C)控制。
初始化完成，即可读取陀螺仪、加速度传感器和温度传感器的数据了！！

寄存器介绍：
(1)电源管理寄存器1（0X6B）

DEVICE_RESE=1，复位MPU6050，复位完成后，自动清零。
SLEEP=1，进入睡眠模式；SLEEP=0，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
CLKSEL[2:0]，用于选择系统时钟源，如下表所示：

（2）陀螺仪配置寄存器（0X1B）

该寄存器我们只关心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（OX1C）

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
其中：
0，±2g；一般选取
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。
1g分为16384LSB
（4）FIFO使能寄存器（0X23）

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。
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）

                    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。
（6）配置寄存器（0X1A）

重点看数字低通滤波器（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，如下表：低通滤波器
设置：带宽=1/2采样率

（7）电源管理寄存器2（0X6C） 目前用不动，现在就是设置为0，基本用不到。

该寄存器的LP_WAKE_CTRL用于控制低功耗时的唤醒频率，本例程用不到。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）加速度传感器数据输出寄存器（0X3B~0X40）

加速度传感器数据输出寄存器总共由6个寄存器组成，输出X/Y/Z三个轴的加速度传感器值，高字节在前，低字节在后。
（9）陀螺仪数据输出寄存器（0X43~0X48）

陀螺仪数据输出寄存器总共由6个寄存器组成，输出X/Y/Z三个轴的陀螺仪传感器数据，高字节在前，低字节在后。
（10）温度传感器数据输出寄存器（0X41~0X42）

通过读取0X41（高8位）和0X42（低8位）寄存器得到，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。

InvenSense提供的MPU6050运动驱动库是基于MSP430的，我们需要将其移植一下，才可以用到STM32上面。官方原版驱动在光盘增值资料ALIENTEK 产品资料ATK-MPU6050六轴传感器模块MPU6050参考资料DMP资料：
Embedded_MotionDriver_5.1.rar
Embedded Motion Driver V5.1.1 API 说明.pdf
Embedded Motion Driver V5.1.1 教程.pdf

MPU6050 DMP输出的是姿态解算后的四元数，采用q30格式，也就是放大了2的30次方，我们要得到欧拉角，就得做一个转换，代码如下：

      q0=quat[0] / q30; //q30格式转换为浮点数
      q1=quat[1] / q30;
      q2=quat[2] / q30;
      q3=quat[3] / q30; 
      //计算得到俯仰角/横滚角/航向角
      pitch=asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; //俯仰角
      roll=atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3;//横滚角
      yaw=atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3;     //航向角

quat[0]~quat[3]：是MPU6050的DMP解算后的四元数，q30格式。
q30：是一个常量：1073741824，即2的30次方。
57.3：是弧度转换为角度，即180/π，这样结果就是以度（°）为单位的。

视频主要介绍了以下几个函数：F1和F4是有区别的
1，MPU6050 IIC接口驱动代码 跟24C02是一样的原理
2，MPU_Init函数 跟24C02跟一样的
3，MPU_Get_Gyroscope函数 //获取交加速度

//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
//    其他,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;;
}

4，MPU_Get_Accelerometer函数//获取加速度

//得到加速度值(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
//    其他,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;;
}

5，MPU_Get_Temperature函数 //获取温度

//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;;
}

DMP一直代码，inv_mpu.c