STM32控制MPU6050

谁践踏了优雅 2022-06-11 07:44 354阅读 0赞

# STM32控制MPU6050 #

## 1.硬件连接 ##

实验采用正点原子公司的 AN1507 ATK-MPU6050 六轴传感器模块

MPU6050             STM32
    VCC         <---> VCC
    GND         <---> GND
    SDA         <---> PB9
    SCL         <---> PB8
    INT         <---> 不接
    AD0         <---> 不接
    
     
      
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## 2. 重要寄存器 ##

### 2.1 电源管理寄存器 1 ###

![这里写图片描述][SouthEast]

DEVICE\_RESET 位用来控制复位，设置为 1，复位 MPU6050，复位结束后， MPU   
硬件自动清零该位

SLEEEP 位用于控制 MPU6050 的工作模式，复位后，该位为 1，即进   
入了睡眠模式（低功耗），所以我们要清零该位，以进入正常工作模式

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，选择关系如表

<table style="width:933.333px; border-collapse:collapse; border-spacing:0px; border:1px solid rgb(238,238,238); color:rgb(63,63,63); font-family:'microsoft yahei'; font-size:15px; line-height:35px"> 
 <thead style=""> 
  <tr style=""> 
   <th style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> CLKSEL[2:0]</th> 
   <th style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 时钟源</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody style=""> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 000</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 内部 8M RC 晶振</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 001</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> PLL，使用 X 轴陀螺作为参考</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 010</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> PLL，使用 Y 轴陀螺作为参考</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 011</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> PLL，使用 Z 轴陀螺作为参考</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 100</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> PLL，使用外部 32.768Khz 作为参考</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 101</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> PLL，使用外部 19.2Mhz 作为参考</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 110</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 保留</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 111</td> 
   <td style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 关闭时钟，保持时序产生电路复位状态</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\*\*默认是使用内部 8M RC 晶振的，精度不高，所以我们一般选择 X/Y/Z 轴陀螺作为参考   
的 PLL 作为时钟源，一般设置 CLKSEL=001 即可\*\*

### 2.2 陀螺仪配置寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 1]   
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)

### 2.3 加速度传感器配置寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 2]   
AFS\_SEL\[1:0\]这两个位，用于设置加速度传感器的满量程范围： 0，   
±2g； 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

### 2.4 FIFO使能寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 3]   
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

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

### 2.5 陀螺仪采样率分频寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 4]   
该寄存器用于设置 MPU6050 的陀螺仪采样频率，计算公式为：

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。采样率，我们假定设置为 50Hz，那么 SMPLRT\_DIV=1000/50-1=19

### 2.6 配置寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 5]   
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。 DLPF\_CFG 不同配置对应的过滤情   
况如表:   
![这里写图片描述][SouthEast 6]   
这里的加速度传感器，输出速率（ Fs）固定是 1Khz，而角速度传感器的输出速率（ Fs），   
则根据 DLPF\_CFG 的配置有所不同。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 50Hz，那么带宽就应该设置为 25Hz，取近似值 20Hz，   
就应该设置 DLPF\_CFG=100

### 2.7 电源管理寄存器 2 ###

![这里写图片描述][SouthEast 7]   
LP\_WAKE\_CTRL 用于控制低功耗时的唤醒频率

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

### 2.8 陀螺仪数据输出寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 8]   
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

### 2.9 加速度传感器数据输出寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 9]   
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

### 2.10 温度传感器数据输出寄存器 ###

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

### 2.11 中断使能寄存器 ###

![这里写图片描述][SouthEast 10]   
OT\_EN 该位置 1，该位使能运动检测（Motiondetection）产生中断。

FIFO\_OFLOW\_EN该位置1，该位使能FIFO缓冲区溢出产生中断。

I2C\_MST\_INT\_EN该位置1，该位使能I2C主机所有中断源产生中断。

DATA\_RDY\_EN 该位置 1，该位使能数据就绪中断（ Data Ready interrupt），所有的传感器寄存器写操作完成时都会产生

关闭所有中断则给此寄存器赋值0X00

## 3. 软件驱动 ##

### 3.1 通过IIC对MPU6050寄存器进行读写 ###

//IIC写一个字节 
    //reg: 寄存器地址
    //data: 数据
    //返回值: 0,正常
    // 其他,错误代码
    u8 IIC_Write_Byte(u8 reg,u8 data)
    {
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令 
        if(IIC_Wait_Ack())  //等待应答
        {
            IIC_Stop(); 
            return 1;       
        }
        IIC_Send_Byte(reg); //写寄存器地址
        IIC_Wait_Ack();     //等待应答 
            IIC_Send_Byte(data);//发送数据
        if(IIC_Wait_Ack())  //等待ACK
        {
            IIC_Stop();  
            return 1;        
        }        
        IIC_Stop();  
        return 0;
    }
    
    //IIC读一个字节 
    //reg:寄存器地址 
    //返回值:读到的数据
    
    u8 IIC_Read_Byte(u8 reg)
    {
        u8 res;
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令 
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        IIC_Send_Byte(reg);//写寄存器地址
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//发送期间地址+读命令
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        res=IIC_Read_Byte(0);//读取数据，发送nACK
        IIC_Stop();//产生一个停止条件
        return res;
    }
    
    //IIC连续写
    //addr:器件地址
    //reg: 寄存器地址
    //len: 写入长度
    //buf: 数据区
    //返回值: 0,正常
    // 其他，错误代码
    u8 IIC_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
    {
        u8 i;
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令
        if(IIC_Wait_Ack())//等待应答
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
        IIC_Send_Byte(reg);//写寄存器地址
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        for(i=0;i<len;i++)
        {
            IIC_Send_Byte(buf[i]);//发送数据
            if(IIC_Wait_Ack())//等待ACK
            {
                IIC_Stop();
                return 1;
            }
        }
        IIC_Stop();
        return 0;
    }
    //IIC连续读
    //addr:器件地址
    //reg:要读取的寄存器地址
    //len:要读取得长度
    //buf:读取到的数据存储区
    //返回值: 0,正常
    // 其他，错误代码
    u8 IIC_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
    {
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令
        if(IIC_Wait_Ack())//等待应答
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
        IIC_Send_Byte(reg);//写寄存器地址
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        IIC_Start();
        IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//发送器件地址+读命令
        IIC_Wait_Ack();//等待应答
        while(len)
        {
            if(len==1) *buf=IIC_Read_Byte(0);//读数据，发送nACK
            else *buf=IIC_Read_Byte(1);//读数据，发送ACK
            len--;
            buf++;
        }
        IIC_Stop();//产生一个停止条件
        return 0;
    }
     
      
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### 3.2 MPU6050初始化 ###

//初始化MPU6050
    //返回值: 0,成功
    // 其他,错误代码
    u8 MPU_Init(void)
    {
        u8 res;
        IIC_Init();//初始化IIC总线
        IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//复位MPU6050
        delay_ms(100);
        IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);//唤醒MPU6050
        MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺仪传感器,±2000dps
        MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度传感器 ±2g
        MPU_Set_Rate(50); //设置采样率50HZ
        IIC_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //关闭所有中断
        IIC_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);//I2C主模式关闭
        IIC_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);//关闭FIFO
        IIC_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80);//INT引脚低电平有效
        res=IIC_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
        if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
        {
            IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);//设置CLKSEL,PLL X 轴为参考
            IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00);//加速度陀螺仪都工作
            MPU_Set_Rate(50); //设置采样率为50HZ
        }else return 1;
        return 0;
    }
    
    //设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围
    //fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
    //返回值:0,设置成功
    // 其他,设置失败 
    u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
    {
        return IIC_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//设置陀螺仪满量程范围
    }
    
    //设置MPU6050加速度传感器满量程范围
    //fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
    //返回值:0,设置成功
    // 其他,设置失败 
    u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
    {
        return IIC_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//设置加速度传感器满量程范围
    }
    
    //设置MPU6050的数字低通滤波器
    //lpf:数字低通滤波频率(Hz)
    //返回值:0,设置成功
    // 其他,设置失败 
    u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)
    {
        u8 data=0;
        if(lpf>=188) data=1;
        else if(lpf>=98) data=2;
        else if(lpf>=42) data=2;
        else if(lpf>=42) data=3;
        else if(lpf>=20) data=4;
        else if(lpf>=10) data=5;
        else data=6; 
        return IIC_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//设置数字低通滤波器 
    }
    
    //设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)
    //rate:4~1000(Hz)
    //返回值:0,设置成功
    // 其他,设置失败 
    u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
    {
        u8 data;
        if(rate>1000)rate=1000;
        if(rate<4)rate=4;
        data=1000/rate-1;
        data=IIC_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);  //设置数字低通滤波器
        return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半
    }
    
     
      
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### 3.3 读取MPU6050相关测得原始数据 ###

//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;
            IIC_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;;
    }
    //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=IIC_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;
    }
    
    //得到加速度值(原始值)
    //ax,ay,az: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=IIC_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;;
    }

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[SouthEast 6]: /images/20220611/99892f32da5e47ab8fa6165d502b6ca4.png
[SouthEast 7]: /images/20220611/a5f85f1648ff46fab12beac66bab5b66.png
[SouthEast 8]: /images/20220611/4e1333bf92cb431a9da1fad423ea33b9.png
[SouthEast 9]: /images/20220611/e412a575ec00461db8420f0d988ac5b4.png
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