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標題: 基于STM32控制MPU6050 [打印本頁]

作者: wasderfcxz 時間: 2018-7-25 08:34
標題: 基于STM32控制MPU6050

一、硬件連接：
MPU6050       STM32
VCC ß-----à  VCC
GND ß-----à  GND
SDA ß-----à  PB9
SCL ß-----à  PB8                                                                                              INT ß-----à  不接
AD0 ß-----à  不接

二、重要的寄存器：
1、電源管理寄存器1

DEVICE_RESET位用來控制復位，設置為 1，復位 MPU6050，復位結束后，MPU硬件自動清零該位
SLEEEP位用于控制MPU6050 的工作模式，復位后，該位為 1，即進入了睡眠模式（低功耗），所以我們要清零該位，以進入正常工作模式
TEMP_DIS用于設置是否使能溫度傳感器，設置為 0，則使能CLKSEL[2:0]用于選擇系統時鐘源，選擇關系如表

默認是使用內部 8M RC 晶振的，精度不高，所以我們一般選擇 X/Y/Z 軸陀螺作為參考的 PLL 作為時鐘源，一般設置 CLKSEL=001 即可

2、陀螺儀配置寄存器

FS_SEL[1:0]這兩個位，用于設置陀螺儀的滿量程范圍： 0：±250°/S； 1：±500° /S； 2：±1000° /S； 3：±2000° /S；我們一般設置為 3，即±2000° /S，因為陀螺儀的 ADC 為 16 位分辨率，所以得到靈敏度為： 65536/4000=16.4LSB/(° /S)

3、加速度傳感器配置寄存器

AFS_SEL[1:0]這兩個位，用于設置加速度傳感器的滿量程范圍：0：±2g； 1：±4g； 2：±8g； 3：±16g；我們一般設置為 0，即±2g，因為加速度傳感器的ADC 也是16 位，所以得到靈敏度為： 65536/4=16384LSB/g

4、FIFO使能寄存器

該寄存器用于控制 FIFO 使能，在簡單讀取傳感器數據的時候，可以不用 FIFO，設置對應位為 0 即可禁止 FIFO，設置為 1，則使能 FIFO加速度傳感器的 3 個軸，全由1個位（ ACCEL_FIFO_EN）控制，只要該位置 1，則加速度傳感器的三個通道都開啟 FIFO

5、陀螺儀采樣率分頻寄存器

該寄存器用于設置 MPU6050 的陀螺儀采樣頻率，計算公式為：
采樣頻率 = 陀螺儀輸出頻率 / (1+SMPLRT_DIV)
這里陀螺儀的輸出頻率，是 1Khz 或者 8Khz，與數字低通濾波器（ DLPF）的設置有關：當 DLPF_CFG=0/7 的時候，頻率為 8Khz，其他情況是 1Khz。而且 DLPF 濾波頻率一般設置為采樣率的一半。采樣率，我們假定設置為 50Hz，那么 SMPLRT_DIV=1000/50-1=19

6、配置寄存器

數字低通濾波器（ DLPF）的設置位，即DLPF_CFG[2:0]，加速度計和陀螺儀，都是根據這三個位的配置進行過濾的。DLPF_CFG不同配置對應的過濾情況如表:

這里的加速度傳感器，輸出速率（ Fs）固定是 1Khz，而角速度傳感器的輸出速率（ Fs），則根據 DLPF_CFG 的配置有所不同。一般我們設置角速度傳感器的帶寬為其采樣率的一半，如前面所說的，如果設置采樣率為 50Hz，那么帶寬就應該設置為 25Hz，取近似值 20Hz，就應該設置 DLPF_CFG=100

7、電源管理寄存器2

LP_WAKE_CTRL用于控制低功耗時的喚醒頻率剩下的 6 位，分別控制加速度和陀螺儀的x/y/z軸是否進入待機模式，這里我們全部都不進入待機模式，所以全部設置為 0 即可

8、陀螺儀數據輸出寄存器

通過讀取這6個寄存器，就可以讀到陀螺儀 x/y/z 軸的值，比如 x 軸的數據，可以通過讀取0X43（高8 位）和 0X44（低 8 位）寄存器得到，其他軸以此類推

9、加速度傳感器數據輸出寄存器

通過讀取這6個寄存器，就可以讀到加速度傳感器 x/y/z 軸的值，比如讀 x 軸的數據，可以通過讀取 0X3B（高 8 位）和0X3C（低8位）寄存器得到，其他軸以此類推

10、    溫度傳感器數據輸出寄存器
溫度傳感器的值，可以通過讀取 0X41（高 8 位）和 0X42（低 8 位）寄存器得到，溫度換算公式為：Temperature = 36.53 +regval/340
其中， Temperature 為計算得到的溫度值，單位為℃， regval 為從 0X41 和0X42 讀到的溫度傳感器值

11、    中斷使能寄存器

OT_EN該位置 1，該位使能運動檢測（Motiondetection）產生中斷。
FIFO_OFLOW_EN該位置1，該位使能FIFO緩沖區溢出產生中斷。
I2C_MST_INT_EN該位置1，該位使能I2C主機所有中斷源產生中斷。
DATA_RDY_EN該位置 1，該位使能數據就緒中斷（ Data Ready interrupt），所有的傳感器寄存器寫操作完成時都會產生關閉所有中斷則給此寄存器賦值0X00
三、MPU6050傳感器的使用步驟：
（1）    初始化IIC接口
（2）    復位 MPU6050
讓 MPU6050 內部所有寄存器恢復默認值，通過對電源管理寄存器 1（0X6B）的 bit7寫 1 實現。復位后，電源管理寄存器 1 恢復默認值(0X40)，然后必須設置該寄存器為 0X00，以喚醒 MPU6050，進入正常工作狀態。
（3）設置角速度傳感器（陀螺儀）和加速度傳感器的滿量程范圍，設置兩個傳感器的滿量程范圍(FSR)，分別通過陀螺儀配置寄存器（0X1B）和加速度傳感器配置寄存器（ 0X1C）設置。我們一般設置陀螺儀的滿量程范圍為±2000dps，加速度傳感器的滿量程范圍為±2g。
（4）設置其他參數
還需要配置的參數有：關閉中斷、關閉 AUX IIC 接口、禁止 FIFO、設置陀螺儀采樣率和設置數字低通濾波器（ DLPF）等
（5）配置系統時鐘源并使能角速度傳感器和加速度傳感器
系統時鐘源同樣是通過電源管理寄存器 1（ 0X6B）來設置，該寄存器的最低三位用于設置系統時鐘源選擇，默認值是 0（內部 8M RC 震蕩），不過我們一般設置為 1，選擇 x 軸陀螺 PLL作為時鐘源，以獲得更高精度的時鐘。同時，使能角速度傳感器和加速度傳感器，這兩個操作通過電源管理寄存器 2（ 0X6C）來設置，設置對應位為0 即可開啟。
四、陀螺儀、加速度、溫度值讀取：
陀螺儀數據輸出寄存器，總共有 6 個寄存器組成，地址為：0X43~0X48，通過讀取這 6 個寄存器，就可以讀到陀螺儀 x/y/z 軸的值，比如 x 軸的數據，可以通過讀取 0X43（高 8 位）和 0X44（低 8 位）寄存器得到，其他軸以此類推。
加速度傳感器數據輸出寄存器，也有 6 個，地址為： 0X3B~0X40，通過讀取這 6 個寄存器，就可以讀到加速度傳感器 x/y/z 軸的值，比如讀 x 軸的數據，可以通過讀取 0X3B（高8 位）和 0X3C（低 8 位）寄存器得到，其他軸以此類推。
溫度傳感器的值，可以通過讀取 0X41（高 8 位）和 0X42（低 8 位）寄存器得到，溫度換算公式為：Temperature = 36.53 + regval/340

五、利用DMP進行姿態解算
歐拉角：航向角（ yaw）、橫滾角（ roll）和俯仰角（ pitch）。
使用 MPU6050 的 DMP 輸出的四元數是 q30 格式的，也就是浮點數放大了 2^30倍。在換算成歐拉角之前，必須先將其轉換為浮點數，也就是除以 2^30 ，然后再進行計算，計算公式為：
q0=quat[0]/ q30; //q30 格式轉換為浮點數
q1=quat[1]/ q30;
q2=quat[2]/ q30;
q3=quat[3]/ q30;
//計算得到俯仰角/橫滾角/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; //橫滾角
yaw=atan2(2*(q1*q2+ q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3; //航向角
六、硬件電路
（1）D1指示燈
（2）K_UP按鍵
（3）串口1
（4）TFTLCD模塊
（5）MPU6050
MPU6050與STM32F4的連接電路：

七、軟件驅動
1、通過I2C對MPU6050寄存器進行讀和寫：

//IIC寫一個字節
//reg:    寄存器地址
//data:    數據
//返回值: 0,正常
//其他,錯誤代碼
u8 IIC_Write_Byte(u8reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack())  //等待應答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();    //等待應答
      IIC_Send_Byte(data);//發送數據
if(IIC_Wait_Ack())  //等待ACK
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC讀一個字節
//reg:寄存器地址
//返回值:讀到的數據
u8 IIC_Read_Byte(u8reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發送器件地址+寫命令
IIC_Wait_Ack();//等待應答
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//發送期間地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應答
res=IIC_Read_Byte(0);//讀取數據，發送nACK
IIC_Stop();//產生一個停止條件
return res
}
//IIC連續寫
//addr:器件地址
//reg: 寄存器地址
//len: 寫入長度
//buf: 數據區
//返回值: 0,正常
//其他，錯誤代碼
u8 IIC_Write_Len(u8addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//發送器件地址+寫命
if(IIC_Wait_Ack())//等待應答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應答
for(i=0;i<len;i++)
{
      IIC_Send_Byte(buf[  i]);//發送數據
      if(IIC_Wait_Ack())//等待ACK
      {
         IIC_Stop();
         return 1;
      }
}
IIC_Stop();
return 0;
}

//IIC連續讀
//addr:器件地址
//reg:要讀取的寄存器地址
//len:要讀取得長度
//buf:讀取到的數據存儲區
//返回值: 0,正常
//其他，錯誤代碼
u8 IIC_Read_Len(u8addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//發送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack())//等待應答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//發送器件地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應答
while(len)
{
      if(len==1) *buf=IIC_Read_Byte(0);//讀數據，發送nACK
      else *buf=IIC_Read_Byte(1);//讀數據，發送ACK
      len--;
      buf++;
}
IIC_Stop();//產生一個停止條件
return 0;
}

2、MPU6050初始化

//初始化MPU6050
//返回值: 0,成功
//其他,錯誤代碼
u8 MPU_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化IIC總線
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//復位MPU6050
delay_ms(100);
IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);//喚醒MPU6050
MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺儀傳感器,±2000dps
MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度傳感器 ±2g
MPU_Set_Rate(50); //設置采樣率50HZ
IIC_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //關閉所有中斷
IIC_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);//I2C主模式關閉
IIC_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);//關閉FIFO
IIC_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80);//INT引腳低電平有效
res=IIC_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
if(res==MPU_ADDR)//器件ID正確
{
      IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);//設置CLKSEL,PLL X 軸為參考
   IIC_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00);//加速度陀螺儀都工作
      MPU_Set_Rate(50); //設置采樣率為50HZ
}else return 1;
return 0;
}

//設置MPU6050陀螺儀傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,設置成功
//其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8fsr)
{
returnIIC_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//設置陀螺儀滿量程范圍
}

//設置MPU6050加速度傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,設置成功
// 其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8fsr)
{
returnIIC_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//設置加速度傳感器滿量程范圍
}

//設置MPU6050的數字低通濾波器
//lpf:數字低通濾波頻率(Hz)
//返回值:0,設置成功
//其他,設置失敗
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);//設置數字低通濾波器
}

//設置MPU6050的采樣率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,設置成功
//其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Rate(u16rate)
{
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);  //設置數字低通濾波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自動設置LPF為采樣率的一半
}

3、讀取MPU6050相關測得的原始數據

//得到溫度值
//返回值:溫度值(擴大了100倍)
shortMPU_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;;
}

//得到陀螺儀值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(帶符號)
//返回值:0,成功
//其他,錯誤代碼
u8MPU_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:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(帶符號)
//返回值:0,成功
//其他,錯誤代碼
u8MPU_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;;
}

加速度傳感器數據輸出寄存器.png (76.22 KB, 下載次數: 100)

陀螺儀數據輸出寄存器.png (78.25 KB, 下載次數: 75)

陀螺儀寄存器.png (5.2 KB, 下載次數: 88)

加速度寄存器.png (5.54 KB, 下載次數: 93)

系統時鐘源選擇關系.png (56.6 KB, 下載次數: 79)

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