2019年04月19日 | 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

2. 重要寄存器

2.1 电源管理寄存器 1

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

CLKSEL[2:0] 时钟源

000 内部 8M RC 晶振

001 PLL，使用 X 轴陀螺作为参考

010 PLL，使用 Y 轴陀螺作为参考

011 PLL，使用 Z 轴陀螺作为参考

100 PLL，使用外部 32.768Khz 作为参考

101 PLL，使用外部 19.2Mhz 作为参考

110 保留

111 关闭时钟，保持时序产生电路复位状态

**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

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

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

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

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

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

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

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

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

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    {

        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;

}

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

}

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;;