STM32 姿态传感器mpu6050的使用
文章目录
-
- 特性
- 引脚说明
- 使用I2C软件，驱动mpu6050
- 手册中寄存器描述
- MPU6050初始化的步骤：
- 数据读取
-
- mpu6050输出的值
特性
MPU6050 ，能同时检测三轴加速度、 三轴陀螺仪(三轴角速度)的运动数据以及温度数据。利用其内部的 DMP 模块（Digital Motion Processor 数字运动处理器） ，可对传感器数据进行滤波、融合处理，直接通过 IIC 接口向主控器输出姿态解算后的数据，降低主控器的运算量。其姿态解算频率最高可达 200Hz
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 供电 | 3.3V-5V |
| 通讯接口 | IIC 协议，支持的 IIC 时钟最高频率为 400KHz |
| 测量维度 | 加速度： 3 维 陀螺仪： 3 维 |
| ADC 分辨率 | 加速度： 16 位 陀螺仪： 16 位 |
| 加速度测量范围 | ±2g、 ±4g、 ±8g、 ±16g 其中 g 为重力加速度常数， g=9.8m/s ² |
| 加速度最高分辨率 | 16384 LSB/g |
| 加速度测量精度 | 0.1g |
| 加速度输出频率 | 最高 1000Hz |
| 陀螺仪测量范围 | ±250 º/s 、 ±500 º/s 、 ±1000 º/s、 ±2000 º/s、 |
| 陀螺仪最高分辨率 | 131 LSB/( º/s) |
| 陀螺仪测量精度 | 0.1 º/s |
| 陀螺仪输出频率 | 最高 8000Hz |
| DMP 姿态解算频率 | 最高 200Hz |
| 温度传感器测量范围 | -40~ +85℃ |
| 温度传感器分辨率 | 340 LSB/℃ |
| 温度传感器精度 | ±1℃ |
| 工作温度 | -40~ +85℃ |
| 功耗 | 500uA~3.9mA (工作电压 3.3V) |
引脚说明
| 引脚名称 | 说明 |
|---|---|
| VCC | 3.3/5V 电源输入 |
| GND | 地线 |
| SCL | I2C 从时钟信号线 SCL (模块上已接上拉电阻) |
| SDA | I2C 从数据信号线 SDA (模块上已接上拉电阻) |
| XDA | I2C 主串行数据信号线，用于外接传感器(模块上已接上拉电阻) |
| XCL | I2C 主串行时钟信号线，用于外接传感器(模块上已接上拉电阻) |
| AD0 | 从机地址设置引脚接地或悬空时, 地址为: 0x68；接 VCC 时，地址为:0x69 |
| INT | 中断输出引脚 |
备注：SDA/SCL、 XDA/XCL 通讯引脚分别为两组 I2C 信号线；当模块与外部主机通讯时， 使用 SDA/SCL，如与 STM32 芯片通讯； 而 XDA/XCL 则用于 MPU6050 芯片与其它I2C 传感器通讯时使用，但一般不这样使用。
模块引脚与单片机连接
| 引脚名称 | 开发板连接 |
|---|---|
| VCC | 接3.3或5V |
| GND | GND |
| SCL | PB6 |
| SDL | PB7 |
| AD0 | 悬空或者接地 |
| INT | PA11 |
编程要点
(1) 初始化 STM32 的 I2C（软件模拟）；
(2) 使用 I2C 向 MPU6050 写入控制参数；
(3) 定时读取加速度、角速度及温度数据；
使用I2C软件，驱动mpu6050
#define GPIO_PORT_I2C GPIOB /* GPIO端口*/
#define RCC_I2C_PORT RCC_APB2Periph_GPIOB /* GPIO时钟*/
#define I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6 /* 连接SCL的GPIO */
#define I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7 /* 连接SDL的GPIO */
#define I2C_SCL_1() GPIO_SetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SCL_PIN) /* SCL = 1 */
#define I2C_SCL_0() GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SCL_PIN) /* SCL = 0 */
#define I2C_SDA_1() GPIO_SetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN) /* SDA = 1 */
#define I2C_SDA_0() GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN) /* SDA = 0 */
#define I2C_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_I2C, I2C_SDA_PIN) /*读SDA数据 */
static void i2c_Delay(void)
{
uint8_t i;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
//当SCL高电平时，SDA出现一个下跳沿表示I2C总线启动信号
void i2c_Start(void)
{
/* _____
*SDA \_____________
* __________
*SCL \________
*/
I2C_SDA_1();
I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
I2C_SDA_0();
i2c_Delay();
I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
//当SCL高电平时，SDA出现一个上跳沿表示I2C总线停止信号
void i2c_Stop(void)
{
/* _______
*SDA __________/
* ____________
*SCL _____/
*/
I2C_SDA_0();
I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
I2C_SDA_1();
}
/*CPU向I2C总线设备发送8bit数据
*/
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
{
uint8_t i;
/* 先发送高7位，*/
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if (_ucByte & 0x80)
{
I2C_SDA_1();//发送的1
}
else
{
I2C_SDA_0();//发送的0
}
i2c_Delay();
I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
I2C_SCL_0();
if (i == 7)
{
I2C_SDA_1(); //释放总线
}
_ucByte <<= 1; /*左移一个 bit */
i2c_Delay();
}
}
/*
CPU从I2C设备读取8bit数据
*/
uint8_t i2c_ReadByte(u8 ack)
{
uint8_t i;
uint8_t value;
/* 读取到第一个bit为数据的bit7 */
value = 0;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
value <<= 1;
I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
if (I2C_SDA_READ())
{
value++;
}
I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
if(ack==0)
i2c_NAck();
else
i2c_Ack();
return value;
}
/*
CPU产生一个时钟，并读取器件的ACK应答信号
*/
uint8_t i2c_WaitAck(void)
{
uint8_t re;
I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
i2c_Delay();
I2C_SCL_1(); /* CPU驱动SCL = 1, 此器件会返回ACK应答 */
i2c_Delay();
if (I2C_SDA_READ()) /* CPU读取SDA口状态 */
{
re = 1;
}
else
{
re = 0;
}
I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
return re;
}
/*
CPU产生一个ACK信号
*/
void i2c_Ack(void)
{
/* ____
*SCL ______/ \______
* ____ _____
*SDA \_______/
*/
I2C_SDA_0(); /* CPU驱动SDA = 0 */
i2c_Delay();
I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */
i2c_Delay();
I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
}
/*
CPU产生1个NACK信号
*/
void i2c_NAck(void)
{
/* ____
*SCL ______/ \______
* __________________
*SDA
*/
I2C_SDA_1(); /* CPU驱动SDA = 1 */
i2c_Delay();
I2C_SCL_1(); /* CPU产生一个时钟 */
i2c_Delay();
I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
/*
配置I2C总线的GPIO
*/
void i2c_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_I2C_PORT, ENABLE); //时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; //开漏输出
GPIO_Init(GPIO_PORT_I2C, &GPIO_InitStructure);
//停止信号，复位I2C总线上的所有设备
i2c_Stop();
}
/*
CPU发送设备地址，然后读取设备应答是否有设备
*/
uint8_t i2c_CheckDevice(uint8_t _Address)
{
uint8_t ucAck;
i2c_GPIO_Config(); /* 配置GPIO */
i2c_Start(); /*I2C开始信号*/
/* 发送设备地址和读写控制bit（0=写，1=读）bit7位先传 */
i2c_SendByte(_Address|I2C_WR);
ucAck = i2c_WaitAck(); /*检测设备应答 */
i2c_Stop(); /* I2C结束信号 */
return ucAck;
}
mp6050使用软件I2C读写数据
写
void MPU6050_WriteReg(u8 reg_add,u8 reg_dat)
{
i2c_Start();
i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS);
i2c_WaitAck();
i2c_SendByte(reg_add);
i2c_WaitAck();
i2c_SendByte(reg_dat);
i2c_WaitAck();
i2c_Stop();
}
读
void MPU6050_ReadData(u8 reg_add,unsigned char*Read,u8 num)
{
unsigned char i;
i2c_Start();
i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS);
i2c_WaitAck();
i2c_SendByte(reg_add);
i2c_WaitAck();
i2c_Start();
i2c_SendByte(MPU6050_SLAVE_ADDRESS+1);
i2c_WaitAck();
for(i=0;i<(num-1);i++){
*Read=i2c_ReadByte(1);
Read++;
}
*Read=i2c_ReadByte(0);
i2c_Stop();
}
手册中寄存器描述
1、电源管理寄存器
描述：这个寄存器允许用户配置电源模式和时钟源。它也提供1位重置整个设备，和1位使能温度传感器
SLEEP 设置1时，设备进入低功耗休眠模式；TEMP_DIS用于设置是否使能温度传感器，0 则使能
CLKSEL[2:0]时钟源如下，
内部8M RC晶振精度不高，一般选择X/Y/Z轴陀螺作为参考PLL的时钟源，设置CLKSEL=001
2、陀螺仪寄存器
该寄存器用于触发陀螺仪自检并配置陀螺仪的量程范围。
FS_SEL[1:0]的取值：0，±250° /S； 1，±500° /S； 2，±1000° /S； 3，±2000° /S；
一般设置为3，±2000dps，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
该寄存器用于触发加速计自检并配置加速计满标度范围。该寄存器还配置数字高通滤波器（DHPF）。
AFS_SEL[1:0]选择范围：0， ±2g； 1，±4g； 2，±8g； 3，±16g；
一般设置为0，±2g ，灵敏度为65536/4=16384 LSB/g
4、 采样率
该寄存器指定用于生成MPU-60X0采样率的陀螺仪输出速率的除法器。
传感器寄存器输出、FIFO输出和DMP采样均基于采样率。
在这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。
公式 采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1+SMPLRT_DIV)
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。
例如：采样率，假设为125HZ,那么 SMPLRT_DIV=1000/125 - 1 = 7
5、 配置寄存器
该寄存器配置陀螺仪和加速度计的外部帧同步（FSYNC）引脚采样和数字低通滤波器（DLPF）设置。
其中，DLPF_CFG 配置低通滤波如下
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 125Hz，那么带宽就应该设置为 62Hz，取近似值 44Hz， 就应该设置 DLPF_CFG=011
MPU6050初始化的步骤：
- 复位MPU6050，让MPU6050内部的所有寄存器恢复默认值
必须设置该寄存器位0x00，以唤醒MPU6050，进入正常工作状态，一般选择x轴陀螺PLL作为时钟源，以获得更高精度的时钟。 - 陀螺仪配置寄存器（0x1B）
- 加速度传感器配置寄存器（0x1C）
- 陀螺仪采样率，由采样率分频寄存器（0x19）控制；
- 设置数字低通滤波器，由配置寄存器（0x1A）控制；
DLPF位设置，即DLPF_CFG[2:0],加速度技和陀螺仪，都是根据这三个位的配置进行过滤的，
初始化程序
#define MPU6050_RA_SMPLRT_DIV 0x19
#define MPU6050_RA_CONFIG 0x1A
#define MPU6050_RA_GYRO_CONFIG 0x1B
#define MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG 0x1C
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_1 0x6B
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_2 0x6C
#define MPU6050_WHO_AM_I 0x75
#define MPU6050_SMPLRT_DIV 0 //8000Hz fix me
#define MPU6050_DLPF_CFG 0 //fix me
#define MPU6050_GYRO_OUT 0x43 //MPU6050陀螺仪数据寄存器地址
#define MPU6050_ACC_OUT 0x3B //MPU6050加速度数据寄存器地址
void MPU6050_Init(void)
{
int i=0,j=0;
for(i=0;i<1000;i++)
{
for(j=0;j<1000;j++)；
}
MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 0x01);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_SMPLRT_DIV , 0x07); //值得设置
MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_CONFIG , 0x03);//值得设置
MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG , 0x00);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_RA_GYRO_CONFIG, 0x18);
}
数据读取
1、 陀螺仪数据输出寄存器
通过读取这6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
void MPU6050ReadGyro(short *gyroData)
{
u8 buf[6];
MPU6050_ReadData(MPU6050_GYRO_OUT,buf,6);
gyroData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];
gyroData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];
gyroData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}
2、加速度传感器数据输出寄存器
通过读取这6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
void MPU6050ReadAcc(short *accData)
{
u8 buf[6];
MPU6050_ReadData(MPU6050_ACC_OUT, buf, 6);
accData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];
accData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];
accData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}
3、 温度换算
温度传感器的值，可以通过读取 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
void MPU6050_ReturnTemp(float *Temperature)
{
short temp3;
u8 buf[2];
MPU6050_ReadData(MPU6050_RA_TEMP_OUT_H,buf,2);
temp3= (buf[0] << 8) | buf[1];
*Temperature=((double) temp3/340.0)+36.53;
}
4、主程序
uint8_t MPU6050ReadID(void)
{
unsigned char Re = 0;
MPU6050_ReadData(MPU6050_RA_WHO_AM_I,&Re,1); //读器件地址
if (Re != 0x68) {
MPU_ERROR("检测不到 MPU6050 模块");
return 0;
} else {
MPU_INFO("MPU6050 ID = %d\r\n",Re);
return 1;
}
}
int main(void)
{
short Accel[3];
short Gyro[3];
float Temp;
SysTick_Init();
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
USART_Config();
i2c_GPIO_Config();
MPU6050_Init();
//检测MPU6050
if (MPU6050ReadID() == 1)
{
while(1)
{
if(Task_Delay[0]==TASK_ENABLE)
{
Task_Delay[0]=1000;
}
if(Task_Delay[1]==0)
{
MPU6050ReadAcc(Accel);
printf("\加速度 %8d%8d%8d ",Accel[0],Accel[1],Accel[2]);
MPU6050ReadGyro(Gyro);
printf("陀螺仪 %8d%8d%8d ",Gyro[0],Gyro[1],Gyro[2]);
MPU6050_ReturnTemp(&Temp);
printf("温度 %8.2f",Temp);
Task_Delay[1]=500;//更新数据的频率
}
}
}
}
mpu6050输出的值
加速度： 2634 -2146 16238 陀螺仪： -63 -29 -33 温度： 21.51
加速度： 2680 -2312 16044 陀螺仪： -53 -18 -36 温度： 21.53
加速度： 2744 -2320 16196 陀螺仪： -48 -16 -36 温度： 21.66
加速度： -1 -1 -1 陀螺仪： -1 -1 -1 温度： 36.53
加速度： -1 -1 -1 陀螺仪： -1 -1 -1 温度： 36.53
加速度： -9586 3804 12182 陀螺仪： -456 -594 -72 温度： 22.14
加速度： -2452 -1740 15716 陀螺仪： -232 -436 -169 温度： 22.17
加速度： -986 -1736 16178 陀螺仪： -64 -184 -56 温度： 22.20
加速度： -194 -1790 16366 陀螺仪： -46 -9 -11 温度： 22.24
参考
MPU-6000.6050中文资料.pdf
野火MPU6050模块用户手册.pdf
MPU6050原始数据分析.pdf