软件IIC读取MPU6050（STM32F103）

最终现象

一、GY-521 MPU6050三维角度传感器简介

一共八个引脚，一般只用到四个，其余的我也没有试过。
VCC、GND分别接5V电源和地；SCL、SDA分别是IIC通讯中的时钟引脚和数据引脚。
MPU6050 是 全球首款整合性 6 轴运动处理组件，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题。内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，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。
MPU6050之所以称之为6轴，是因为它能感应 X、Y、Z三个方向的加速度和X、Y、Z方向的角速度：

PS.mpu6050是这个GY-521模块上的芯片，注意不要被这个名字搞蒙了。

二、程序分析

1、mpu6050.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"

#define MPU6050_ADDRESS		0xD0  //写

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
	MyI2C_Start();//发送起始信号
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);//发送mpu6050设备号及读写位（写）
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	MyI2C_SendByte(RegAddress);//发送要写入数据的寄存器的地址
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	MyI2C_SendByte(Data);//发送数据
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	MyI2C_Stop();//发送停止信号
}

uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	MyI2C_Start();//发送起始信号
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);//发送mpu6050设备号及读写位（写）
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	MyI2C_SendByte(RegAddress);//发送要写入数据的寄存器的地址，此时mpu6050内部寄存器指针就会指向这个地址，下面再进行发送起始信号，见下方
	                           //并且发送mpu6050设备号及读写位（读）
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	MyI2C_Start();//二次起始，为读数据做准备
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);//发送mpu6050设备号及读写位（读）
	MyI2C_ReceiveAck();//等待从机响应
	Data = MyI2C_ReceiveByte();//读取八位数据
	MyI2C_SendAck(1);//向从机发送不想再读数据的响应
	MyI2C_Stop();//发送停止信号
	
	return Data;
}

void MPU6050_Init(void)
{
	MyI2C_Init();
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);
}

uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, 
						int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)//这就是根据MPU6050手册进行读取寄存器值的操作
{
	uint8_t DataH, DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
	*AccX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
	*AccY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
	*AccZ = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
	*GyroX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
	*GyroY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
	*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}

由于MPU6050模块使用IIC与主机通讯，这里解释一下代码中#define MPU6050_ADDRESS 0xD0 为什么会这样设置。如果IIC的通讯时序忘记了可以去复习一下：https://www.bilibili.com/video/BV1th411z7sn/?p=31&spm_id_from=pageDriver&vd_source=2a10d30b8351190ea06d85c5d0bfcb2a
起始位过后可以选择八位地址位，但实际上只有七位是地址位，最低位是读写控制位，如果是写的话就给0，读的话就给1。从手册中可以找到MPU6050的从机地址是0X68，只有低七位有效，这里需要进行写入操作，所以最终给的八位地址位就是0XD0，如果进行读的话就是0XD1。
mpu6050.c中都是调用最底层的IIC协议来组成特定的通讯时序，使用这种方法可以很容易的控制各类使用IIC协议的外设，只需要更改自己的驱动代码，而不需要去更改底层的IIC通讯协议。
可以看到MPU6050的初始化就是调用了IIC的初始化之后，向几个寄存器写入不同的值就好了，这一般不用改动。最后的从MPU6050读取数据也是查看手册或者直接用这个就好了，都是固定的，不同寄存器读出来的就是不同的量，将低八位和高八位拼接起来就是完整的16位数据。

2、MPU6050_reg.h

这里就是人家从手册中找到的寄存器地址封装成头文件方便修改。

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H

#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C

#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48

#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75

#endif

3、IIC.c
软件IIC顾名思义就是控制IO口的高低电平来模拟产生时钟信号，控制数据通信。这里使用PB10模拟时钟输出，PB11控制数据交互，以此封装：起始位，停止位，发送一个字节，读取一个字节，发送主机响应，接收从机响应。这里代码看不懂的话可以看：
https://www.bilibili.com/video/BV1th411z7sn/?p=33&spm_id_from=pageDriver&vd_source=2a10d30b8351190ea06d85c5d0bfcb2a

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

//PB10、PB11
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)//这三个函数将读写io口封装起来，增强可读性
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}

void MyI2C_Init(void)//软件iic的两个gpio初始化，注意是开漏输出
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}

void MyI2C_Start(void)//发送起始信号
{
	MyI2C_W_SDA(1);//确保SCL,SDA都释放，然后先拉低SDA，再拉低SCL
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

void MyI2C_Stop(void)//发送停止信号
{
	MyI2C_W_SDA(0);//此时SCL一定为低，所以拉低SDA,然后先释放SCL,再释放SDA
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);
}

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)//通过SDA发送一个字节
{
	uint8_t i;//进入此函数时SCL为低电平，此时主机向SDA发送数据，然后拉高SCL，从机就会读取数据，循环发送8位
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
		MyI2C_W_SCL(1);
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
}

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)//通过SDA读取一个字节，由从机发送
{
	uint8_t i, Byte = 0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);//主机释放SDA，让从机掌握SDA控制权
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);
		if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}//在SCL为高电平期间，主机可以从SDA中读取从机发送的数据，循环接收8位
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)//发送主机响应信号
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);//进入此函数时，SCL为低电平，此时向SDA写入数据，然后拉高SCL，从机就会读取数据
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)//接收从机响应
{
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);//主机释放SDA，让从机掌握SDA控制权
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit = MyI2C_R_SDA();//在SCL为高电平期间，主机可以从SDA中读取从机发送的数据
	MyI2C_W_SCL(0);
	return AckBit;
}

主函数中初始化MPU6050之后即可调用MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);将读取的数据存储到定义的全局变量中。