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標(biāo)題: 基于STM32控制MPU6050 [打印本頁(yè)]

作者: wasderfcxz 時(shí)間: 2018-7-25 08:34
標(biāo)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(fù)位，設(shè)置為 1，復(fù)位 MPU6050，復(fù)位結(jié)束后，MPU硬件自動(dòng)清零該位
SLEEEP位用于控制MPU6050 的工作模式，復(fù)位后，該位為 1，即進(jìn)入了睡眠模式（低功耗），所以我們要清零該位，以進(jìn)入正常工作模式
TEMP_DIS用于設(shè)置是否使能溫度傳感器，設(shè)置為 0，則使能CLKSEL[2:0]用于選擇系統(tǒng)時(shí)鐘源，選擇關(guān)系如表

默認(rèn)是使用內(nèi)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(shí)鐘源，一般設(shè)置 CLKSEL=001 即可

2、陀螺儀配置寄存器

FS_SEL[1:0]這兩個(gè)位，用于設(shè)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(shè)置為 3，即±2000° /S，因?yàn)橥勇輧x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(gè)位，用于設(shè)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(shè)置為 0，即±2g，因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鞯腁DC 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(jiǎn)單讀取傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以不用 FIFO，設(shè)置對(duì)應(yīng)位為 0 即可禁止 FIFO，設(shè)置為 1，則使能 FIFO加速度傳感器的 3 個(gè)軸，全由1個(gè)位（ ACCEL_FIFO_EN）控制，只要該位置 1，則加速度傳感器的三個(gè)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(shè)置 MPU6050 的陀螺儀采樣頻率，計(jì)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(shù)字低通濾波器（ DLPF）的設(shè)置有關(guān)：當(dāng) DLPF_CFG=0/7 的時(shí)候，頻率為 8Khz，其他情況是 1Khz。而且 DLPF 濾波頻率一般設(shè)置為采樣率的一半。采樣率，我們假定設(shè)置為 50Hz，那么 SMPLRT_DIV=1000/50-1=19

6、配置寄存器

數(shù)字低通濾波器（ DLPF）的設(shè)置位，即DLPF_CFG[2:0]，加速度計(jì)和陀螺儀，都是根據(jù)這三個(gè)位的配置進(jìn)行過濾的。DLPF_CFG不同配置對(duì)應(yīng)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(jù) DLPF_CFG 的配置有所不同。一般我們?cè)O(shè)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(shè)置采樣率為 50Hz，那么帶寬就應(yīng)該設(shè)置為 25Hz，取近似值 20Hz，就應(yīng)該設(shè)置 DLPF_CFG=100

7、電源管理寄存器2

LP_WAKE_CTRL用于控制低功耗時(shí)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(jìn)入待機(jī)模式，這里我們?nèi)慷疾贿M(jìn)入待機(jī)模式，所以全部設(shè)置為 0 即可

8、陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器

通過讀取這6個(gè)寄存器，就可以讀到陀螺儀 x/y/z 軸的值，比如 x 軸的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)輸出寄存器

通過讀取這6個(gè)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(jì)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(yùn)動(dòng)檢測(cè)（Motiondetection）產(chǎn)生中斷。
FIFO_OFLOW_EN該位置1，該位使能FIFO緩沖區(qū)溢出產(chǎn)生中斷。
I2C_MST_INT_EN該位置1，該位使能I2C主機(jī)所有中斷源產(chǎn)生中斷。
DATA_RDY_EN該位置 1，該位使能數(shù)據(jù)就緒中斷（ Data Ready interrupt），所有的傳感器寄存器寫操作完成時(shí)都會(huì)產(chǎn)生關(guān)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(fù)位 MPU6050
讓 MPU6050 內(nèi)部所有寄存器恢復(fù)默認(rèn)值，通過對(duì)電源管理寄存器 1（0X6B）的 bit7寫 1 實(shí)現(xiàn)。復(fù)位后，電源管理寄存器 1 恢復(fù)默認(rèn)值(0X40)，然后必須設(shè)置該寄存器為 0X00，以喚醒 MPU6050，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
（3）設(shè)置角速度傳感器（陀螺儀）和加速度傳感器的滿量程范圍，設(shè)置兩個(gè)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(shè)置。我們一般設(shè)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(shè)置其他參數(shù)
還需要配置的參數(shù)有：關(guān)閉中斷、關(guān)閉 AUX IIC 接口、禁止 FIFO、設(shè)置陀螺儀采樣率和設(shè)置數(shù)字低通濾波器（ DLPF）等
（5）配置系統(tǒng)時(shí)鐘源并使能角速度傳感器和加速度傳感器
系統(tǒng)時(shí)鐘源同樣是通過電源管理寄存器 1（ 0X6B）來設(shè)置，該寄存器的最低三位用于設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源選擇，默認(rèn)值是 0（內(nèi)部 8M RC 震蕩），不過我們一般設(shè)置為 1，選擇 x 軸陀螺 PLL作為時(shí)鐘源，以獲得更高精度的時(shí)鐘。同時(shí)，使能角速度傳感器和加速度傳感器，這兩個(gè)操作通過電源管理寄存器 2（ 0X6C）來設(shè)置，設(shè)置對(duì)應(yīng)位為0 即可開啟。
四、陀螺儀、加速度、溫度值讀取：
陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器，總共有 6 個(gè)寄存器組成，地址為：0X43~0X48，通過讀取這 6 個(gè)寄存器，就可以讀到陀螺儀 x/y/z 軸的值，比如 x 軸的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)輸出寄存器，也有 6 個(gè)，地址為： 0X3B~0X40，通過讀取這 6 個(gè)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(shù)據(jù)，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(jìn)行姿態(tài)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(shù)是 q30 格式的，也就是浮點(diǎn)數(shù)放大了 2^30倍。在換算成歐拉角之前，必須先將其轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，也就是除以 2^30 ，然后再進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：
q0=quat[0]/ q30; //q30 格式轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)
q1=quat[1]/ q30;
q2=quat[2]/ q30;
q3=quat[3]/ q30;
//計(jì)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(qū)動(dòng)
1、通過I2C對(duì)MPU6050寄存器進(jìn)行讀和寫：

//IIC寫一個(gè)字節(jié)
//reg:    寄存器地址
//data:    數(shù)據(jù)
//返回值: 0,正常
//其他,錯(cuò)誤代碼
u8 IIC_Write_Byte(u8reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack())  //等待應(yīng)答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();    //等待應(yīng)答
      IIC_Send_Byte(data);//發(fā)送數(shù)據(jù)
if(IIC_Wait_Ack())  //等待ACK
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC讀一個(gè)字節(jié)
//reg:寄存器地址
//返回值:讀到的數(shù)據(jù)
u8 IIC_Read_Byte(u8reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//發(fā)送期間地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
res=IIC_Read_Byte(0);//讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送nACK
IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件
return res
}
//IIC連續(xù)寫
//addr:器件地址
//reg: 寄存器地址
//len: 寫入長(zhǎng)度
//buf: 數(shù)據(jù)區(qū)
//返回值: 0,正常
//其他，錯(cuò)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(fā)送器件地址+寫命
if(IIC_Wait_Ack())//等待應(yīng)答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
for(i=0;i<len;i++)
{
      IIC_Send_Byte(buf[  i]);//發(fā)送數(shù)據(jù)
      if(IIC_Wait_Ack())//等待ACK
      {
         IIC_Stop();
         return 1;
      }
}
IIC_Stop();
return 0;
}

//IIC連續(xù)讀
//addr:器件地址
//reg:要讀取的寄存器地址
//len:要讀取得長(zhǎng)度
//buf:讀取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)
//返回值: 0,正常
//其他，錯(cuò)誤代碼
u8 IIC_Read_Len(u8addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//發(fā)送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack())//等待應(yīng)答
{
      IIC_Stop();
      return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg);//寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//發(fā)送器件地址+讀命令
IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
while(len)
{
      if(len==1) *buf=IIC_Read_Byte(0);//讀數(shù)據(jù)，發(fā)送nACK
      else *buf=IIC_Read_Byte(1);//讀數(shù)據(jù)，發(fā)送ACK
      len--;
      buf++;
}
IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件
return 0;
}

2、MPU6050初始化

//初始化MPU6050
//返回值: 0,成功
//其他,錯(cuò)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(fù)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(shè)置采樣率50HZ
IIC_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //關(guān)閉所有中斷
IIC_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);//I2C主模式關(guān)閉
IIC_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);//關(guān)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(shè)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(shè)置采樣率為50HZ
}else return 1;
return 0;
}

//設(shè)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(shè)置成功
//其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8fsr)
{
returnIIC_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//設(shè)置陀螺儀滿量程范圍
}

//設(shè)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(shè)置成功
// 其他,設(shè)置失敗
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8fsr)
{
returnIIC_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//設(shè)置加速度傳感器滿量程范圍
}

//設(shè)置MPU6050的數(shù)字低通濾波器
//lpf:數(shù)字低通濾波頻率(Hz)
//返回值:0,設(shè)置成功
//其他,設(shè)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(shè)置數(shù)字低通濾波器
}

//設(shè)置MPU6050的采樣率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,設(shè)置成功
//其他,設(shè)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(shè)置數(shù)字低通濾波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自動(dòng)設(shè)置LPF為采樣率的一半
}

3、讀取MPU6050相關(guān)測(cè)得的原始數(shù)據(jù)

//得到溫度值
//返回值:溫度值(擴(kuò)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(shù)(帶符號(hào))
//返回值:0,成功
//其他,錯(cuò)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(shù)(帶符號(hào))
//返回值:0,成功
//其他,錯(cuò)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(shù)據(jù)輸出寄存器.png (76.22 KB, 下載次數(shù): 100)

陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器.png (78.25 KB, 下載次數(shù): 75)

陀螺儀寄存器.png (5.2 KB, 下載次數(shù): 88)

加速度寄存器.png (5.54 KB, 下載次數(shù): 93)

系統(tǒng)時(shí)鐘源選擇關(guān)系.png (56.6 KB, 下載次數(shù): 79)

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