STM32—驱动六轴MPU6050输出欧拉角
文章目录
- 一.MPU6050介绍
-
- 1.MPU6050与陀螺仪、加速度计的关系：
- 2.整体概括
- 3.引脚说明
- 4.基本配置及相关寄存器
-
- 电源管理寄存器1
- 陀螺仪配置寄存器
- 加速度计配置寄存器
- FIFO使能寄存器
- 陀螺仪采样率分频寄存器
- 温度传感器寄存器
- 二.代码详解
-
- 1.框架
- 2.mpu_iic.c/mpu_iic.h
- 3.mpu6050.c/mpu6050.h
- 4.DMP相关代码
- 5.mian()函数
一.MPU6050介绍
1.MPU6050与陀螺仪、加速度计的关系：
MPU6050是InvenSense公司推出的一款全球首款的整合性9轴运动处理传感器，其最大的特色就是：消除了陀螺仪和加速度计的误差，将陀螺仪和加速度计组合在一起，而且缩小了空间。关于陀螺仪、加速度计和MPU6050之间的关系之前在一篇博客中已经做了介绍：博客链接
2.整体概括
MPU6050内部整合了三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，而且还可以连接一个第三方数字传感器（比如：磁力计），这样的话，就可以通过IIC接口输出一个9轴信号。
更加方便的是，有了DMP，可以结合InvenSense公司提供的运动处理资料库，实现姿态解算。通过自带的DMP，可以通过IIC接口输出9轴融合演算的数据，大大降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时也降低了开发难度。
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）
其检测轴如图所示：
3.引脚说明
如图，MPU6050一共有8个引脚，实际上输出六轴数据时，只用了5个：VCC、GND、SCL、SDA、AD0。下面介绍一下引脚：
- VCC：供电，3.3V即可
- GND：接地
- SCL：连接MCU的IIC时钟接口
- SAD：连接MCU的IIC数据接口
- XCL：连接外部设备的IIC时钟接口
- XAD：连接外部设备的IIC数据接口
- AD0：地址控制引脚（控制地址的最低位）
- INT：中断触发接口（不用）
XCL、XDA只有在连接外部设备（比如磁力计的时候才用），AD0用来控制MPU6050的地址，如果AD0低电平，地址就是0X68；如果AD0高电平，地址就是0X69。
4.基本配置及相关寄存器
MCU与MPU6050的通信是建立在IIC通信机制上的，在IIC的基础上，可以实现对MPU6050的寄存器的操作，而MPU6050的运作就是过对寄存器进行读写。所以，了解相关的寄存器和对寄存器的操作是很有必要的。MPU6050的寄存器相关资料都可以在数据手册中查到，下面介绍一下几个重要的寄存器：
电源管理寄存器1
地址：0X68
主要位的功能：
- DEVICE_RESET：控制复位，1表示复位，复位后会自动清零；
- SLEEP：控制MPU6050工作模式，1表示睡眠模式，0表示正常工作模式，复位后改位为1，要手动将改位清零；
- TEMP_DIS：使能温度传感器位，0代表使能；
- CLKSEL[2:0]：选择系统时钟源，一般采用PLL_X轴陀螺作为参考，具体的时钟源选择及相应位的值如图：
陀螺仪配置寄存器
地址：0X1B
主要位的功能：
- FS_SEL[1:0]：设置陀螺仪满量程范围：为0代表±250° /S、为1代表±500° /S、为2代表±1000° /S为3代表±2000° /S；
陀螺仪的分辨率是16位，所以在最大量程下灵敏度为： 65536/4000=16.4LSB/(° /S)。
加速度计配置寄存器
地址：0X1C
主要位的功能：
- AFS_SEL[1:0]：设置加速度计满量程范围：为 0代表±2g、为1代表±4g、为 2代表±8g、为 3代表±16g；
FIFO使能寄存器
地址：0X23
用来控制FIFO功能，相应位对应着相应的传感器FIFO功能，为0代表禁止，为1代表使能。注意：加速度传感器的三个轴的FIFO功能由一个位ACCEL_FIFO_EN控制。在简单读取传感器数据的情况下可以不使用FIFO。
陀螺仪采样率分频寄存器
地址：0X19
改寄存器用来设置MPU6050陀螺仪的采样频率，与之相关的是陀螺仪的输出频率，俩者关系是：采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1+SMPLRT_DIV)
陀螺仪输出频率与数字低通滤波器（DLPF）有关，DLPF滤波频率一般设置为采样率的一半。
温度传感器寄存器
地址：高八位0X41、低八位0X42
直接通过读取寄存器中的值来得到温度数据，温度换算公式为：
Temperature = 36.53 + regval/340
二.代码详解
1.框架
我是用STM32驱动MPU6050，MPU6050输出原始的六轴数据，经过DMP处理（有库）得到四元数，再由四元数算出欧拉角：yaw、roll、pitch。由串口打印在电脑屏幕上。
- 首先，要做底层的IIC驱动，用来和MPU6050建立通信，我在
mpu_iic.c中实现了； - 然后，有了底层的驱动，就要写一些函数来与MPU6050交流了（通过读写寄存器），还可以写入命令、配置MPU6050、读取原始数据等等，这些操作我都写在
mpu6050.c中，当然在mpu6050.h头文件中还包含了MPU各寄存器地址和相关指令。 - 通过
mpu6050.c的实现，就可以读出原始六轴数据，下一步就是通过DMP将原始数据转换为四元数，这一步的DMP算法我水平有限，只能移植InvenSense公司提供的例程。关于移植DMP算法，由于DMP算法本质也是对MPU6050的操作，所以我们只需要向移植过来的算法提供：对MPU6050寄存器执行读和写的函数接口即可，最后通过移植过来的函数直接读出四元数！ - 然后，就是将四元数转换为欧拉角了，这个比较简单，一个函数就可以实现。
- 最后，打印串口到屏幕。
下面给出各函数文件
2.mpu_iic.c/mpu_iic.h
mpu_iic.h
主要是宏定义对引脚电平的操作和进行函数声明。
#ifndef __MPU_IIC_H
#define __MPU_IIC_H
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
/* 宏定义引脚电平操作函数 */
#define MPU_SDA_IN() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;}
#define MPU_SDA_OUT() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;}
#define MPU_IIC_SDA_1() GPIO_SetBits( GPIOB, GPIO_Pin_11 )
#define MPU_IIC_SDA_0() GPIO_ResetBits( GPIOB, GPIO_Pin_11 )
#define MPU_IIC_SCL_1() GPIO_SetBits( GPIOB, GPIO_Pin_10 )
#define MPU_IIC_SCL_0() GPIO_ResetBits( GPIOB, GPIO_Pin_10 )
#define MPU_IIC_AD0_1() GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_15 )
#define MPU_IIC_AD0_0() GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_15 )
#define MPU_IIC_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit( GPIOB, GPIO_Pin_11 )
#define MPU_IIC_Delay() delay_us(2)
/* 函数声明 */
void MPU_IIC_Init( void );
void MPU_IIC_Start( void );
void MPU_IIC_Stop( void );
uint8_t MPU_IIC_Wait_Ack( void );
void MPU_IIC_Ack( void );
void MPU_IIC_NAck( void );
void MPU_IIC_Send_Byte( uint8_t data );
uint8_t MPU_IIC_Read_Byte( uint8_t ack );
#endif
mpu_iic.c
通过软件模拟IIC的代码，没什么好说的。
#include "mpu_iic.h"
#include "usart.h"
/*
IIC接口引脚配置
SDA:PB11
SCL:PB10
AD0:PB2
*/
void MPU_IIC_Init( void )
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStruct );
MPU_IIC_SDA_1();
MPU_IIC_SCL_1();
}
void MPU_IIC_Start( void )
{
MPU_SDA_OUT();
MPU_IIC_SDA_1();
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SDA_0();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_0();
}
void MPU_IIC_Stop( void )
{
MPU_SDA_OUT();
MPU_IIC_SDA_0();
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SDA_1();
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
}
/* 由从设备在SCL为高电平的时候拉低SDA作为应答
返回值：1：未应答
0：已应答
*/
uint8_t MPU_IIC_Wait_Ack( void )
{
uint8_t count;
MPU_SDA_IN();
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SDA_1();
delay_us(2);
while( MPU_IIC_SDA_READ()==1 )
{
count++;
if( count>250 )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
}
MPU_IIC_SCL_0();
return 0;
}
void MPU_IIC_Ack( void )
{
MPU_IIC_SCL_0();
MPU_SDA_OUT();
MPU_IIC_SDA_0();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_0();
}
void MPU_IIC_NAck( void )
{
MPU_IIC_SCL_0();
MPU_SDA_OUT();
MPU_IIC_SDA_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_0();
}
/* 发送一个字节数据，高位先行 */
void MPU_IIC_Send_Byte( uint8_t data )
{
uint8_t t;
MPU_SDA_OUT();
MPU_IIC_SCL_0();
for( t=0;t<8;t++ )
{
if( ((data&0x80)>>7)==1 )
MPU_IIC_SDA_1();
else
MPU_IIC_SDA_0();
data<<=1;
MPU_IIC_SCL_1();
delay_us(2);
MPU_IIC_SCL_0();
delay_us(2);
}
}
/* 读取一个字节，ack=1时，读取完成后主机发送应答 */
uint8_t MPU_IIC_Read_Byte( uint8_t ack )
{
uint8_t t,data=0;
MPU_SDA_IN();
for( t=0;t<8;t++ )
{
MPU_IIC_SCL_0();
delay_us(2);//等待SDA的变化
MPU_IIC_SCL_1();
data<<=1;//必须在读取前面，因为之后一位读取后就不再移位
if( MPU_IIC_SDA_READ()==1 )
data++;
delay_us(2);//等待SDA的变化
}
if( !ack )
MPU_IIC_NAck();//发送nACK
else
MPU_IIC_Ack(); //发送ACK
return data;
}
3.mpu6050.c/mpu6050.h
mpu6050.h
主要是定义MPU相关寄存器的地址，和进行函数声明。
#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
#include "stm32f10x.h"
#include "mpu_iic.h"
/* AD0接地，MPU6050的IIC地址为0x68 接3.3V就为0x69*/
#define MPU_ADDR 0X68
/************** MPU6050相关寄存器地址 *********************/
#define MPU_ACCEL_OFFS_REG 0X06 //accel_offs寄存器,可读取版本号,寄存器手册未提到
#define MPU_PROD_ID_REG 0X0C //prod id寄存器,在寄存器手册未提到
#define MPU_SELF_TESTX_REG 0X0D //自检寄存器X
#define MPU_SELF_TESTY_REG 0X0E //自检寄存器Y
#define MPU_SELF_TESTZ_REG 0X0F //自检寄存器Z
#define MPU_SELF_TESTA_REG 0X10 //自检寄存器A
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG 0X19 //采样频率分频器
#define MPU_CFG_REG 0X1A //配置寄存器
#define MPU_GYRO_CFG_REG 0X1B //陀螺仪配置寄存器
#define MPU_ACCEL_CFG_REG 0X1C //加速度计配置寄存器
#define MPU_MOTION_DET_REG 0X1F //运动检测阀值设置寄存器
#define MPU_FIFO_EN_REG 0X23 //FIFO使能寄存器
#define MPU_I2CMST_CTRL_REG 0X24 //IIC主机控制寄存器
#define MPU_I2CSLV0_ADDR_REG 0X25 //IIC从机0器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_REG 0X26 //IIC从机0数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_CTRL_REG 0X27 //IIC从机0控制寄存器
#define MPU_I2CSLV1_ADDR_REG 0X28 //IIC从机1器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_REG 0X29 //IIC从机1数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_CTRL_REG 0X2A //IIC从机1控制寄存器
#define MPU_I2CSLV2_ADDR_REG 0X2B //IIC从机2器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_REG 0X2C //IIC从机2数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_CTRL_REG 0X2D //IIC从机2控制寄存器
#define MPU_I2CSLV3_ADDR_REG 0X2E //IIC从机3器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_REG 0X2F //IIC从机3数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_CTRL_REG 0X30 //IIC从机3控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_ADDR_REG 0X31 //IIC从机4器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_REG 0X32 //IIC从机4数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DO_REG 0X33 //IIC从机4写数据寄存器
#define MPU_I2CSLV4_CTRL_REG 0X34 //IIC从机4控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DI_REG 0X35 //IIC从机4读数据寄存器
#define MPU_I2CMST_STA_REG 0X36 //IIC主机状态寄存器
#define MPU_INTBP_CFG_REG 0X37 //中断/旁路设置寄存器
#define MPU_INT_EN_REG 0X38 //中断使能寄存器
#define MPU_INT_STA_REG 0X3A //中断状态寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTH_REG 0X3B //加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTL_REG 0X3C //加速度值,X轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTH_REG 0X3D //加速度值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTL_REG 0X3E //加速度值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTH_REG 0X3F //加速度值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTL_REG 0X40 //加速度值,Z轴低8位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTH_REG 0X41 //温度值高八位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTL_REG 0X42 //温度值低8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTH_REG 0X43 //陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTL_REG 0X44 //陀螺仪值,X轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTH_REG 0X45 //陀螺仪值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTL_REG 0X46 //陀螺仪值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTH_REG 0X47 //陀螺仪值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTL_REG 0X48 //陀螺仪值,Z轴低8位寄存器
#define MPU_I2CSLV0_DO_REG 0X63 //IIC从机0数据寄存器
#define MPU_I2CSLV1_DO_REG 0X64 //IIC从机1数据寄存器
#define MPU_I2CSLV2_DO_REG 0X65 //IIC从机2数据寄存器
#define MPU_I2CSLV3_DO_REG 0X66 //IIC从机3数据寄存器
#define MPU_I2CMST_DELAY_REG 0X67 //IIC主机延时管理寄存器
#define MPU_SIGPATH_RST_REG 0X68 //信号通道复位寄存器
#define MPU_MDETECT_CTRL_REG 0X69 //运动检测控制寄存器
#define MPU_USER_CTRL_REG 0X6A //用户控制寄存器
#define MPU_PWR_MGMT1_REG 0X6B //电源管理寄存器1
#define MPU_PWR_MGMT2_REG 0X6C //电源管理寄存器2
#define MPU_FIFO_CNTH_REG 0X72 //FIFO计数寄存器高八位
#define MPU_FIFO_CNTL_REG 0X73 //FIFO计数寄存器低八位
#define MPU_FIFO_RW_REG 0X74 //FIFO读写寄存器
#define MPU_DEVICE_ID_REG 0X75 //器件ID寄存器
/* 函数声明 */
uint8_t MPU_Read_Byte( uint8_t reg );
uint8_t MPU_Write_Byte( uint8_t reg, uint8_t data );
uint8_t MPU_Read_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf );
uint8_t MPU_Write_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf );
uint8_t MPU_Init( void );
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr( uint8_t fsr );
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr( uint8_t fsr );
uint8_t MPU_Set_LPF( uint16_t lpf );
uint8_t MPU_Set_Rate( uint16_t rate );
short MPU_Get_Temperature( void );
uint8_t MPU_Get_Gyroscope( short *gx, short *gy, short *gz );
uint8_t MPU_Get_Accelerometer( short *ax, short *ay, short *az );
#endif
mpu6050.c
最为重要的一部分代码，包括了对MPU6050的一系列基本配置和读取原始数据的操作，代码都注解的很详细了。
AD0引脚用了PA15，所以要GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable，换个引脚也可以。
#include "mpu6050.h"
#include "usart.h"
/**
* @brief ：初始化MPU
* @param ：None
* @retval ：0：初始化完成
*/
uint8_t MPU_Init( void )
{
uint8_t k=1;
uint8_t res;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能AFIO时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//先使能外设IO PORTA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; // 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOA
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);
MPU_IIC_AD0_0();
MPU_IIC_Init();
/* 设置MPU6050地址为0X68,并初始化IIC总线 */
/* MPU_PWR_MGMT1_REG：电源管理寄存器 */
MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X80 );//复位MPU6050
// printf("读寄存器值：%02X\n",MPU_Read_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG ));
delay_ms(100);
MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X00 );//唤醒MPU6050
/* 设置陀螺仪量程：±2000dps
设置加速度计量程：±2g
设置采样频率：50Hz（低通滤波器频率100Hz） */
MPU_Set_Gyro_Fsr( 3 );
MPU_Set_Accel_Fsr( 0 );
MPU_Set_Rate( 50 );
MPU_Write_Byte( MPU_INT_EN_REG, 0X00 ); //关闭所有中断
MPU_Write_Byte( MPU_USER_CTRL_REG, 0X00 );//关闭IIC主模式
MPU_Write_Byte( MPU_FIFO_EN_REG, 0X00 ); //关闭FIFO
MPU_Write_Byte( MPU_INTBP_CFG_REG, 0X80 );//设置INT引脚低电平有效
res = MPU_Read_Byte( MPU_DEVICE_ID_REG ); //读取MPU6050ID
printf("ID:%X\n",res);
/* 确认ID */
if( res==MPU_ADDR )
{
MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X01 );//以PLL X轴作为时钟参考
MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT2_REG, 0X00 );//使能陀螺仪和加速度计
MPU_Set_Rate( 50 );
return 0;
}
else
return 1;
}
/**
* @brief ：读一个寄存器的值（8位）
* @param ：reg：寄存器地址
* @retval ：读到寄存器的数据
*/
uint8_t MPU_Read_Byte( uint8_t reg )
{
uint8_t data;
MPU_IIC_Start();
/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|0 );
MPU_IIC_Wait_Ack();
/* 写入寄存器地址 */
MPU_IIC_Send_Byte( reg );
MPU_IIC_Wait_Ack();
MPU_IIC_Start();
/* 对MPU6050发送读命令 */
MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|1 );
MPU_IIC_Wait_Ack();
/* 读取寄存器的值 */
data = MPU_IIC_Read_Byte( 0 );
MPU_IIC_Stop();
return data;
}
/**
* @brief ：在指定寄存器中写入数据（8位）
* @param ：reg：寄存器地址
data：要写入寄存器的数据
* @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Write_Byte( uint8_t reg, uint8_t data )
{
MPU_IIC_Start();
/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|0 );
if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
/* 写入寄存器地址 */
MPU_IIC_Send_Byte( reg );
MPU_IIC_Wait_Ack();
/* 发送要写入的数据 */
MPU_IIC_Send_Byte( data );
if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
MPU_IIC_Stop();
return 0;
}
/**
* @brief ：连续读取寄存器中的数据
* @param ：reg：寄存器地址
len：要读取数据的长度（以Byte为单位）
*buf：存储读取到的数据
* @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Read_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf )
{
MPU_IIC_Start();
/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
MPU_IIC_Send_Byte( (addr<<1)|0 );
if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
/* 写入寄存器地址 */
MPU_IIC_Send_Byte( reg );
MPU_IIC_Wait_Ack();
MPU_IIC_Start();
/* 对MPU6050发送读命令 */
MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|1 );
MPU_IIC_Wait_Ack();
while( len )
{
/* 如果只读一位，不发送应答 */
if( len==1 )
*buf = MPU_IIC_Read_Byte( 0 );
else
*buf = MPU_IIC_Read_Byte( 1 );
len--;
buf++;
}
MPU_IIC_Stop();
return 0;
}
/**
* @brief ：连续在寄存器中写入数据
* @param ：reg：寄存器地址
len：要写入数据的长度（以Byte为单位）
*buf：要写入寄存器的数据
* @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Write_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf )
{
uint8_t i;
MPU_IIC_Start();
/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
MPU_IIC_Send_Byte( (addr<<1)|0 );
if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
/* 写入寄存器地址 */
MPU_IIC_Send_Byte( reg );
MPU_IIC_Wait_Ack();
i=0;
while( len )
{
MPU_IIC_Send_Byte( buf[i] );
i++;
if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
{
MPU_IIC_Stop();
return 1;
}
len--;
}
MPU_IIC_Stop();
return 0;
}
/**
* @brief ：设置陀螺仪量程
* @param ：fsr:0：±250dps
1：±500dps
2：±1000dps
3：±2000dps
* @retval ：0：设置成功
1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr( uint8_t fsr )
{
return MPU_Write_Byte( MPU_GYRO_CFG_REG, fsr<<3 );
}
/**
* @brief ：设置加速度计量程
* @param ：fsr:0：±2g
1：±4g
2：±8g
3：±16g
* @retval ：0：设置成功
1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr( uint8_t fsr )
{
return MPU_Write_Byte( MPU_ACCEL_CFG_REG, fsr<<3 );
}
/**
* @brief ：设置低通滤波器频率
* @param ：Hz：频率
* @retval ：0：设置成功
1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_LPF( uint16_t lpf )
{
uint8_t 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);
}
/**
* @brief ：设置采样频率
* @param ：Hz：4~1000Hz
* @retval ：0：设置成功
1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Rate( uint16_t rate )
{
uint8_t data;
if(rate>1000)
rate=1000;
if(rate<4)
rate=4;
data=1000/rate-1;
/* 采样频率 */
data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半
}
/**
* @brief ：获取温度值
* @param ：None
* @retval ：扩大了100倍的温度值(实际上为了保留俩位小数)
*/
short MPU_Get_Temperature( void )
{
uint8_t buf[2];
uint16_t raw;//存储原始温度值
float temp;
/* MPU_TEMP_OUTH_REG：温度值的高八位寄存器0X41
MPU_TEMP_OUTL_REG：温度值的低八位寄存器0X42
连续读出16位温度值*/
MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_TEMP_OUTH_REG, 2, buf );
/* 读取原始温度值 */
raw = ( ( uint16_t )buf[0]<<8 )|buf[1];
/* 转换温度值 */
temp = 36.53+( (double)raw )/340;
/* 保留俩位小数，小数转换为整数时会舍去小数部分 */
return temp*100;
}
/**
* @brief ：获取陀螺仪值
* @param ：gx、gy、gz：是陀螺仪x、y、z轴的原始读数（16位）
* @retval ：0：获取成功
1：获取失败
*/
uint8_t MPU_Get_Gyroscope( short *gx, short *gy, short *gz )
{
uint8_t buf[6],res;
/* MPU_GYRO_XOUTH_REG：x轴高八位寄存器
三个轴的寄存器地址是连续的，先高位，后低位 */
if( (res=MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_GYRO_XOUTH_REG, 6, buf ))==0 )
{
*gx = ((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];
*gy = ((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];
*gz = ((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;
}
/**
* @brief ：获取加速度计值
* @param ：ax、ay、az：是加速度计x、y、z轴的原始读数（16位）
* @retval ：0：获取成功
1：获取失败
*/
uint8_t MPU_Get_Accelerometer( short *ax, short *ay, short *az )
{
uint8_t buf[6],res;
/* MPU_ACCEL_XOUTH_REG：x轴高八位寄存器
三个轴的寄存器地址是连续的，先高位，后低位 */
if( (res=MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_ACCEL_XOUTH_REG, 6, buf ))==0 )
{
*ax = ((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];
*ay = ((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];
*az = ((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;
}
4.DMP相关代码
要想使用DMP求欧拉角的代码，包含下面这几个文件即可，下面列出接口函数，到时候使用时直接使用接口函数即可。
向DMP算法提供的接口宏定义
只需要提供：对MPU6050的读写操作函数和延时函数即可
#define i2c_write MPU_Write_Continue
#define i2c_read MPU_Read_Continue
#define delay_ms delay_ms
DMP初始化
//mpu6050,dmp初始化
//返回值:0,正常
// 其他,失败
uint8_t mpu_dmp_init(void)
{
uint8_t res=0;
MPU_IIC_Init(); //初始化IIC总线
if(mpu_init()==0) //初始化MPU6050
{
res=mpu_set_sensors(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);//设置所需要的传感器
if(res)return 1;
res=mpu_configure_fifo(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);//设置FIFO
if(res)return 2;
res=mpu_set_sample_rate(DEFAULT_MPU_HZ); //设置采样率
if(res)return 3;
res=dmp_load_motion_driver_firmware(); //加载dmp固件
if(res)return 4;
res=dmp_set_orientation(inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation));//设置陀螺仪方向
if(res)return 5;
res=dmp_enable_feature(DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT|DMP_FEATURE_TAP| //设置dmp功能
DMP_FEATURE_ANDROID_ORIENT|DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL|DMP_FEATURE_SEND_CAL_GYRO|
DMP_FEATURE_GYRO_CAL);
if(res)return 6;
res=dmp_set_fifo_rate(DEFAULT_MPU_HZ); //设置DMP输出速率(最大不超过200Hz)
if(res)return 7;
res=run_self_test(); //自检
if(res)return 8;
res=mpu_set_dmp_state(1); //使能DMP
if(res)return 9;
}else return 10;
return 0;
}
获取欧拉角
//得到dmp处理后的数据(注意,本函数需要比较多堆栈,局部变量有点多)
//pitch:俯仰角 精度:0.1° 范围:-90.0° <---> +90.0°
//roll:横滚角 精度:0.1° 范围:-180.0°<---> +180.0°
//yaw:航向角 精度:0.1° 范围:-180.0°<---> +180.0°
//返回值:0,正常
// 其他,失败
uint8_t mpu_dmp_get_data(float *pitch,float *roll,float *yaw)
{
float q0=1.0f,q1=0.0f,q2=0.0f,q3=0.0f;
unsigned long sensor_timestamp;
short gyro[3], accel[3], sensors;
unsigned char more;
long quat[4];
if(dmp_read_fifo(gyro, accel, quat, &sensor_timestamp, &sensors,&more))return 1;
/* Gyro and accel data are written to the FIFO by the DMP in chip frame and hardware units.
* This behavior is convenient because it keeps the gyro and accel outputs of dmp_read_fifo and mpu_read_fifo consistent.
**/
/*if (sensors & INV_XYZ_GYRO )
send_packet(PACKET_TYPE_GYRO, gyro);
if (sensors & INV_XYZ_ACCEL)
send_packet(PACKET_TYPE_ACCEL, accel); */
/* Unlike gyro and accel, quaternions are written to the FIFO in the body frame, q30.
* The orientation is set by the scalar passed to dmp_set_orientation during initialization.
**/
if(sensors&INV_WXYZ_QUAT)
{
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; // pitch
*roll = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; // roll
*yaw = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3; //yaw
}else return 2;
return 0;
}
5.mian()函数
主函数中对MPU6050进行初始化后，对DMP也进行初始化，然后就可以直接使用mpu_dmp_get_data()获取欧拉角，还可以获取温度值。
#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "mpu6050.h"
#include "inv_mpu.h"
#include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h"
int main(void)
{
uint8_t x=0;
float pitch,roll,yaw; //欧拉角
short aacx,aacy,aacz; //加速度传感器原始数据
short gyrox,gyroy,gyroz; //陀螺仪原始数据
short temp; //温度
NVIC_PriorityGroupConfig( 2 );
delay_init();
USART1_Init(115200);
printf("程序开始\n");
if( MPU_Init()!=0 )
{
printf("MPU6050初始化错误！\n");
return 0;
}
if( mpu_dmp_init() )
{
printf("DMP初始化错误！\n");
return 0;
}
while(1)
{
if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0)
{
temp=MPU_Get_Temperature(); //得到温度值
MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据
MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz); //得到陀螺仪数据
}
delay_ms(100);
printf("pitch:%02f roll:%02f yaw:%02f\n",pitch,roll,yaw);
}
}
这就是我理解的MPU6050，后续做平衡小车的时候要读取欧拉角，先总结一下，有什么问题可以和我交流一下，大家一起进步！！！
q：2723808286