STM32—MPU6050
1.MPU6050简介
- MPU6050是一个6轴姿态传感器可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景
- 3轴加速度计(Accelerometer：测量X、Y、Z轴的加速度
- 3轴陀螺仪传感器(Gyroscope)：测量X、Y、Z轴的角速度
在XZ轴，这个芯片内部都分别布置了一个加速度计，中间图为加速度计的结构图，其中水平的这个虚线是感应轴线，中间是一个具有一定质量、可以左右滑动的小滑块，然后左右各有一个弹簧顶着它，中间这个小滑块就会左右移动，去压缩或拉伸两边的弹簧，当滑块移动时，就会带动上面的电位器滑动，当滑块移动时，就会带动上面的电位器滑动，这个电位器其实就是一个分压电阻，然后我们测量电位器输出的电压，就能得到小滑块所受的加速度值了
这个加速度计，实际上就是一个弹簧测力计，根据牛顿第二定律，F=ma，我们想测量这个加速度a，就可以找一个单位质量的物体，测量它所受的力F，就行了
加速度计具有静态稳定性，不具有动态稳定性
这就是陀螺仪的机械模型，中间是一个有一定质量的旋转轮，外面是3个轴的平环，当中间这个旋转轮高速旋转时，根据角动量守恒的原理，这个旋转轮具有保持它原有角动量的趋势，这个趋势可以保持旋转轴方向不变，当你外部物体的方向转动时，内部的旋转轴方向并不会转动，这就会在平衡环连接处产生角度偏差，如果我们在连接处放一个旋转的电位器，测量电位器的电压，就能得到旋转的角度了，陀螺仪具有动态稳定性，不具有静态稳定性
2.MPU6050参数
- 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767
- 加速度计满量程选择：+2、±4、±8、±16(g)
- 陀螺仪满量程选择：±250、+500、±1000、+2000(°/sec)
- 可配置的数字低通滤波器
- 可配置的时钟源
- 可配置的采样分频
- 12C从机地址：1101000 (AD0=0) 0x68<<1 或 0xD0 写
- 1101001 (AD0=1)
所以你之后看到有地方说0xD0是MPU6050的从机地址，那它就是融入了读写位的从机地址
如果你看到有地方说0x68是MPU6050的从机地址，这种方式就是直接把7位地址转换十六进制得到的，在实际发送第一个字节时，不要忘了先左移1位，再或上读写位
3.硬件电路
右边这个MPU6050的芯片，芯片本身引脚非常多，包括时钟、12C通信引脚、供电、帧同步等等，不过这里有很多引脚我们都用不到，还有一些引脚，是这个芯片最小系统里的固定连接
然后看左下角，引出来的引脚，有VCC和GND，这两个引脚是电源供电，然后SCL和SDA，这两个引脚是12C通信的引脚，右图可以看到SCL和SDA，模块已经内置了两个4.7K的上拉电阻了，所以我们在接线的时候，直接把SCL和SDA接在GPIO口就行了，不需要再在外面另外接上拉电阻了，接着下面，还有XCL和XDA，这两个是芯片里面的主机12C通信引脚，设计这两个引脚是为了扩展芯片功能，
之前我们说过，MPU6050是一个6轴姿态传感器，但是只有加速度计和陀螺仪的6个轴，融合出来的姿态角是有缺陷的，这个缺陷就是绕Z轴的角度，也就是偏航角，它的漂移无法通过加速度计进行纠正，这就像是让你坐在车里，不看任何窗户，然后让你辨别当前车子的行驶方向，短时间内，你可以通过陀螺仪得知方向的变化，从而确定变化后的行驶方向，但是时间一长，车子到处转弯，你没有稳定的参考了，就肯定会迷失方向，所以这时候，你就要带个指南针在身边，提供长时间的稳定偏航角进行参考，来对陀螺仪感知的方向进行纠正，这就是9轴姿态传感器多出的磁力计的作用，
XCL和XDA，通常就是用于外接磁力计或者气压计，当接上磁力计或气压计之后，MPU6050的主机接口可以直接访问这些扩展芯片的数据，把这些扩展芯片的数据读取到MPU6050里面，在MPU6050里面会有DMP单元，进行数据融合和姿态解算，当然，如果你不需要MPU6050的解算功能的话，也可以把这个磁力计或者气压计直接挂载在SCL和SDA这条总线上，因为12C本来就可以挂载多设备，这就是XCL和XDA的用途
AD0引脚，它是从机地址的最低位，接低电平的话，7位从机地址就是1101000，接高电平的话，7位从机地址就是1101001，这里电路中，有一个电阻，默认弱下拉到候电平了所以引脚悬空的话，就是低电平，如果想接高电平，可以把AD0直接引到VCC，强上拉至高电平
INT中断信号输出，可以配置芯片内部的一些事件，来触发中断引脚的输出，比如数据准备好了、12C主机错误等，另外芯片内部还内置了一些实用的小功能，比如自由落体检测、运动检测、零运动检测等，这些信号都可以触发INT引脚产生电平跳变，需要的话可以进行中断信号的配置
然后看一下左上角的这个LDO，这部分是供电的逻辑，这个MPU6050芯片的VDD供电是2.375-3.46V，属于是3.3V供电的设备，不能直接接5V，所以为了扩大供电范围，这个模块的设计者就加了个3.3V的稳压器，输入端电压VCC 5V可以在3.3V型5V之间，然后经过3.3V的稳压器，输出稳定的3.3V电压，给芯片端供电，后面是电源指示灯，只要3.3V端有电，电源指示灯就会亮，所以这一块需不需要，可以根据你的项目要求来
4.MPU6050框图
左上角的是时钟系统，有时钟输入脚和输出脚，不过我们般使用内部时钟，
然后，下面这些灰色的部分，就是芯片内部的传感器，其中包括XZ轴的加速度计，X轴的陀螺仪，另外这个芯片还内置了一个温度传感器，你要是想用它来测量温度，也是没问题的，那这么多传感器，本质上也都相当于可变电阻，通过分压后，输出模拟电压，然后通过ADC，进行模数转换，转换完成之后，这些传感器的数据统 都放到数据寄存器中，我们读取数据寄存器就能得到传感器测量的值了
这个芯片内部的转换，都是全自动进行的，就类似我们之前学的AD连续转换+DMA转运，每个ADC输出，对应16位的数据寄存器，不存在数据覆盖的问题，我们配置好转换频率之后，每个数据就自动以我们设置的频率刷新到数据寄存器，我们需要数据的时候，直接来读就行了，其他的都不用管
接着，这每个传感器都有个自测单元（左侧部分），这部分是用来验证芯片好坏的，当启动自测后，芯片内部会模拟一个外力施加在传感器上，这个外力导致传感器数据会比平时大一些，那如何进行自测呢，我们可以先使能自测，读取数据，再失能自测，读取数据，两个数据一相滅，得到的数据叫自测响应，这个自测响应，芯片手册里给出了一个范围，如果自测响应在这个范围内，就说明芯片没问题，如果不在，就说明芯片可能坏了，使用的话就要小心点，这个是自测的功能
然后下面这个东西，是电荷泵，或者叫充电泵，CPOUT引脚需要外接一个电容，什么样的电容，这个在手册里有说明，电荷泵是一种升压电路，在其他电路也有出现过，比如我们用的这个OLED屏幕里面就有电荷泵进行升压
升压原理：比如我有个电池，电压是5V，然后我再来个电容，首先电池和电容并联，电池给电容充电，充满之后，电容是不是也相当于一个5V的电池了 ，然后我再修改电路的接法，把电池和电容串联起来，电池5V，电容也是5V，这样输出就是10V的电压了，是不是凭空就把电池电压升高至两倍了啊，不过由于这个电容电荷比较少，用一下就不行了，所以这个并联、串联的切换速度要快，趁电容还没放电完，就要及时并联充电，这样 直持续，并联充电，串联放电，并联充电，联放电，然后后续再加个电源滤波，就能进行平稳的升压了，这就是电荷泵的升压原理
由于陀螺仪内部是需要一个高电压支持的，所以这里设计了一个电荷泵进行升压，当然这个升压过程是自动的，不需要我们管
右边一大块，就是寄存器和通信接口部分了，
- 中断状态寄存器，可以控制内部的哪些事件到中断引脚的输出，
- FIFO，是先入先出寄存器，可以对数据流进行缓存，
- 配置寄存器，可以对内部的各个电路进行配置，
- 传感器寄存器，也就是数据寄存器，存储了各个传感器的数据，
- 工厂校准，这个意思就是内部的传感器都进行了校准
然后右边这个数字运动处理器，简称DMP，是芯片内部自带的一个姿态解算的硬件算法，配合官方的DMP库，可以进行姿态解算，因为姿态解算还是比较难的，而且算法也很复杂，所以如果使用了内部的DMP进行姿态解算，姿态解算就会方便一些
这个FSYNC，是帧同步，我们用不到
最后上面这块，就是通信接口部分了，上面一部分就是从机的12C和SPI通信接口，用于和STM32通信，下面这一部分是主机的12C通信接口，用于和MPU6050扩展的设备进行通信，这里有个接口旁路选择器，就是一个开关，如果拨到上面，辅助的12C引脚就和I常的12C引脚接到一起，这样两路总线就合在一起了，STM32可以控制所有设备，如果拨到下面，辅助的I2C引脚就由MPU6050控制，两条12C总线独立分开，这时STM32是MPU6050的大哥，MPU6050又是扩展设备的大哥
然后最后，下面这里是供电的部分
原文地址：https://blog.csdn.net/m0_60322134/article/details/142316383
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