MPU6050六轴传感器的驱动开发（二）

🕗 发布于 2024-12-11 17:52 stm32 单片机 mcu c语言 嵌入式硬件

开发环境

简介

MPU6050六轴传感器的驱动开发（二）

开发环境

主控芯片为STM32F407VxT6、MPU6050六轴传感器

简介

MPU6050是InvenSense公司推出的整合性6轴运动处理组件，其内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，并且含有一个I2C接口，还可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过I2C接口，向应用端输出完整的9轴融合演算数据。
InvenSense 公司提供了一套基于DMP的运动处理驱动库，可大大降低单片机对动处理运算的负荷，同时也大大降低了编程难度。因此该模块广泛运用于飞控、计步等电子产品中。

数据手册与寄存器手册下载

下载链接如下：
https://download.csdn.net/download/qq_45143522/90105379?spm=1001.2014.3001.5503

主要规格参数

工作电压：3-5V(模块带有LDO)
工作电流：5mA
通信接口： I2C

主要寄存器简介

MPU6050主要寄存器介绍见另外一篇博客《MPU6050六轴传感器的驱动开发（一）》。

链接如下：
https://blog.csdn.net/qq_45143522/article/details/144371784?spm=1001.2014.3001.5501

引脚连接

MPU6050六轴传感器与STM32的引脚连接对应如下：
MPU6050 STM32
VCC     3.3V
GND     GND
SCL     PB9
SDA     PB8

MPU6050驱动

由于STM32与MPU6050六轴传感器通讯采用I2C接口，因此需要先编写实现I2C通讯的基础代码。I2C通讯一般会采用模拟的I2C时序，具体的模拟I2C驱动代码设计见另外一篇博客《STM32模拟I2C通讯的驱动程序》。

链接如下：
https://blog.csdn.net/qq_45143522/article/details/144348971?spm=1001.2014.3001.5501

《STM32模拟I2C通讯的驱动程序》中主要包括以下函数接口：
//模拟I2C引脚初始化
void I2C_GPIO_Init(void);

//I2C起始时序
void I2C_Start(void);

//I2C停止时序
void I2C_Stop(void);

//主机发送应答或者非应答信号
void I2C_Send_Ack(unsigned char ack);

//主机等待从机应答
unsigned char I2C_WaitAck(void);

//主机发送一个字节数据
void Send_Byte(uint8_t dat);

//主机接收一个字节数据
unsigned char Read_Byte(void);

在实现了基础的模拟I2C时序后，MPU6050的软件驱动设计就剩下如何通过基础的模拟I2C时序来实现对MPU6050的初始化操作以及从MPU6050中获取我们需要的传感器数据。这里将MPU6050的该部分软件设计分成mpu6050.h头文件和mpu6050.c文件两部分。

mpu6050.h头文件主要内容如下：

#ifndef _MPU6050_H 
#define _MPU6050_H

#include "stm32f4xx.h"

//MPU6050的AD0决定着它的I2C地址，AD0接地则I2C地址为0x68,接VCC则I2C地址为0x69
//这个需要参考硬件原理图的设计，这里我们以0x68为例。
 
//MPU6050的部分寄存器定义
#define MPU6050_RA_SMPLRT_DIV       0x19        //陀螺仪采样率 地址
#define MPU6050_RA_CONFIG           0x1A        //设置数字低通滤波器 地址
#define MPU6050_RA_GYRO_CONFIG      0x1B        //陀螺仪配置寄存器
#define MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG     0x1C        //加速度传感器配置寄存器
#define MPU_INT_EN_REG              0X38        //中断使能寄存器
#define MPU_USER_CTRL_REG           0X6A        //用户控制寄存器
#define MPU_FIFO_EN_REG             0X23        //FIFO使能寄存器
#define MPU_PWR_MGMT2_REG           0X6C        //电源管理寄存器2
#define MPU_GYRO_CFG_REG            0X1B        //陀螺仪配置寄存器
#define MPU_ACCEL_CFG_REG           0X1C        //加速度计配置寄存器
#define MPU_CFG_REG                 0X1A        //配置寄存器
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG         0X19        //采样频率分频器
#define MPU_INTBP_CFG_REG           0X37        //中断/旁路设置寄存器

#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_1       0x6B
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_2       0x6C

#define MPU6050_WHO_AM_I            0x75
#define MPU6050_SMPLRT_DIV          0           //8000Hz
#define MPU6050_DLPF_CFG            0
#define MPU6050_GYRO_OUT            0x43        //MPU6050陀螺仪数据寄存器地址
#define MPU6050_ACC_OUT             0x3B        //MPU6050加速度数据寄存器地址

#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_H       0x41        //温度高位
#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_L       0x42        //温度低位

#define MPU_ACCEL_XOUTH_REG         0X3B        //加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTL_REG         0X3C        //加速度值,X轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTH_REG         0X3D        //加速度值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTL_REG         0X3E        //加速度值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTH_REG         0X3F        //加速度值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTL_REG         0X40        //加速度值,Z轴低8位寄存器

#define MPU_TEMP_OUTH_REG           0X41        //温度值高八位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTL_REG           0X42        //温度值低8位寄存器

#define MPU_GYRO_XOUTH_REG          0X43        //陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTL_REG          0X44        //陀螺仪值,X轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTH_REG          0X45        //陀螺仪值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTL_REG          0X46        //陀螺仪值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTH_REG          0X47        //陀螺仪值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTL_REG          0X48        //陀螺仪值,Z轴低8位寄存器

//主要函数接口声明
//I2C连续写入多个数据
char MPU6050_WriteReg(uint8_t addr,uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t *regdata);

//I2C连续读取多个数据
char MPU6050_ReadData(uint8_t addr, uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t* Read);
    
//设置MPU6050陀螺仪传感器的满量程范围
uint8_t MPU6050_Set_Gyro_Fsr(uint8_t fsr); 

//设置MPU6050加速度传感器的满量程范围
uint8_t MPU6050_Set_Accel_Fsr(uint8_t fsr);

//设置MPU6050的数字低通滤波器
uint8_t MPU6050_Set_LPF(uint16_t lpf);

//设置MPU6050的采样率
uint8_t MPU6050_Set_Rate(uint16_t rate);

//读取三轴陀螺仪的数据
void MPU6050ReadGyro(short *gyroData);

//读取三轴加速度计的数据
void MPU6050ReadAcc(short *accData);

//读取MPU6050的温度数据
float MPU6050_GetTemp(void);

//读取MPU6050的器件地址（这里以MPU6050器件地址为0x68为例）
uint8_t MPU6050ReadID(void);

//MPU6050的初始化
char MPU6050_Init(void);

#endif

实现stm32与mpu6050通讯的mpu6050.c主要内容如下：

#include "mpu6050.h"
#include "stdio.h"
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_WriteReg
 * 函 数 说 明：I2C连续写入多个数据
 * 函 数 形 参：addr器件地址 regaddr寄存器地址 num要写入的数据个数 regdata待写入数据的起始地址
 * 函 数 返 回：0=写入成功   其他=写入失败
 * 备       注：无
******************************************************************/
char MPU6050_WriteReg(uint8_t addr,uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t *regdata)
{
    uint16_t i = 0;
    
    I2C_Start();                    //发送i2c起始信号
    Send_Byte((addr<<1) | 0);       //发送MPU6050器件地址+写
    if( I2C_WaitAck() == 1 )        //等待MPU6050应答
    {
        I2C_Stop();                 //若无应答或应答超时，发送停止信号结束通讯
        return 1;
    }
    Send_Byte(regaddr);             //发送要写入的寄存器地址
    if( I2C_WaitAck() == 1 ) 
    {
        I2C_Stop();
        return 2;
    }

    for(i=0;i<num;i++)              //循环发送要写入的数据
    {
        Send_Byte(regdata[i]);
        if( I2C_WaitAck() == 1 ) 
        {
            I2C_Stop();
            return (3+i);
        }
    }
    I2C_Stop();                     //数据发送无异常，发送i2c停止信号结束通讯
    
    return 0;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_ReadData
 * 函 数 说 明：I2C连续读取多个数据
 * 函 数 形 参：addr器件地址 regaddr寄存器地址 num要读取数据的个数 Read待读取数据的存储地址
 * 函 数 返 回：0=读取成功   其他=读取失败
 * 备       注：无
******************************************************************/
char MPU6050_ReadData(uint8_t addr, uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t* Read)
{
    uint8_t i;

    I2C_Start();                //发送i2c起始信号
    Send_Byte((addr<<1) | 0);   //发送MPU6050器件地址+写（读数据前要先发送写）
    if( I2C_WaitAck() == 1 )    //等待MPU6050应答
    {
        I2C_Stop();             //若无应答或应答超时，发送停止信号结束通讯
        return 1;
    }
    Send_Byte(regaddr);         //发送要读取的寄存器地址
    if( I2C_WaitAck() == 1 ) 
    {
        I2C_Stop();
        return 2;
    }

    I2C_Start();                //重新发送i2c起始信号
    Send_Byte((addr<<1) | 1);   //发送MPU6050器件地址+读
    if( I2C_WaitAck() == 1 )    //等待MPU6050应答
    {
        I2C_Stop();             //若无应答或应答超时，发送停止信号结束通讯
        return 3;
    }

    for(i=0;i<(num-1);i++)      //循环从寄存器读取数据
    {
        Read[i] = Read_Byte();
        I2C_Send_Ack(0);        //每读取完一个字节数据，主机发送应答信号给mpu6050
    }
    Read[i] = Read_Byte();      
    I2C_Send_Ack(1);            //读取最后一个字节数据后，主机发送非应答信号给mpu6050
    I2C_Stop();                 //发送停止信号，结束通讯

    return 0;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_Set_Gyro_Fsr
 * 函 数 说 明：设置MPU6050陀螺仪传感器的满量程范围
 * 函 数 形 参：fsr:  
                0,±250dps   1,±500dps
                2,±1000dps  3,±2000dps
 * 函 数 返 回：0=设置成功  其他=设置失败
 * 备       注：
 寄存器27的Bit4-Bit3(FS_SEL[1:0])用来设置陀螺仪传感器的满量程范围。
******************************************************************/
uint8_t MPU6050_Set_Gyro_Fsr(uint8_t fsr)
{
    //注意：这里的0x68为mpu6050的器件地址，该地址由AD0引脚的电平决定。
    return MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_GYRO_CFG_REG,1,(uint8_t*)(fsr<<3)); 
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_Set_Accel_Fsr
 * 函 数 说 明：设置MPU6050加速度传感器的满量程范围
 * 函 数 形 参：fsr:
                0,±2g   1,±4g
                2,±8g   3,±16g
 * 函 数 返 回：0=设置成功  其他=设置失败
 * 备       注：
 寄存器28的Bit4-Bit3(AFS_SEL[1:0])用来设置加速度传感器的满量程范围。
******************************************************************/
uint8_t MPU6050_Set_Accel_Fsr(uint8_t fsr)
{
    return MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_ACCEL_CFG_REG,1,(uint8_t*)(fsr<<3)); 
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_Set_LPF
 * 函 数 说 明：设置MPU6050的数字低通滤波器
 * 函 数 形 参：lpf:数字低通滤波频率(Hz)
 * 函 数 返 回：0=设置成功  其他=设置失败
 * 备       注：
 寄存器26的Bit2-Bit0(DLPF_CFG[2:0])用来设置数字低通滤波器。
******************************************************************/
uint8_t MPU6050_Set_LPF(uint16_t lpf)
{
    uint8_t data=0;

    if(lpf >= 188)data=1;
    else if(lpf >= 98)data=2;
    else if(lpf >= 42)data=3;
    else if(lpf >= 20)data=4;
    else if(lpf >= 10)data=5;
    else data=6;
    return data = MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_CFG_REG,1,&data);//设置数字低通滤波器
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_Set_Rate
 * 函 数 说 明：设置MPU6050的采样率(这里以输出频率Fs=1KHz为例)
 * 函 数 形 参：rate:4~1000(Hz)  初始化中rate取50
 * 函 数 返 回：0=设置成功  其他=设置失败
 * 备       注：
 寄存器25中的Bit7-Bit0(SMPLRT_DIV)用于设置陀螺仪采样频率的分频。
 计算公式如下：
 采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1 + SMPLRT_DIV)，即SMPLRT_DIV = 陀螺仪输出频率/采样频率  - 1。
 当寄存器26中的DLPF_CFG位为0或7时，陀螺仪的输出频率为8KHz。
 当寄存器26中的DLPF_CFG位为1-6时，陀螺仪的输出频率为1KHz。
******************************************************************/
uint8_t MPU6050_Set_Rate(uint16_t rate)
{
    uint8_t data;

    if(rate > 1000)rate=1000;
    if(rate < 4)rate=4;
    data = 1000/rate - 1;   //SMPLRT_DIV = 陀螺仪输出频率/采样频率  - 1
    data = MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_SAMPLE_RATE_REG,1,&data);    //设置采样频率的分频系数
    return MPU6050_Set_LPF(rate/2);            //自动设置低通滤波频率为采样率的一半
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050ReadGyro
 * 函 数 说 明：读取三轴陀螺仪的数据
 * 函 数 形 参：陀螺仪数据的存储地址
 * 函 数 返 回：无
 * 备       注：
 寄存器67-72保存着陀螺仪的测量原始值，分别有X、Y、Z三轴的数据。
******************************************************************/
void MPU6050ReadGyro(short *gyroData)
{
    uint8_t buf[6];
    uint8_t reg = 0;
    
    //MPU6050_GYRO_OUT = 保存MPU6050陀螺仪数据的寄存器起始地址67
    //陀螺仪数据输出寄存器总共由6个寄存器组成,67-72，
    //输出X、Y、Z三个轴的陀螺仪传感器数据，高字节在前，低字节在后，按顺序为XYZ。  
    reg = MPU6050_ReadData(0x68,MPU6050_GYRO_OUT,6,buf);
    if(reg == 0)
    {
        gyroData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];   //陀螺仪X轴原始数据
        gyroData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];   //陀螺仪Y轴原始数据
        gyroData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];   //陀螺仪Z轴原始数据
    }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050ReadAcc
 * 函 数 说 明：读取三轴加速度计的数据
 * 函 数 形 参：加速度数据的存储地址
 * 函 数 返 回：无
 * 备       注：
 寄存器59-64保存着加速度计的测量原始值，分别有X、Y、Z三轴的数据。
******************************************************************/
void MPU6050ReadAcc(short *accData)
{
    uint8_t buf[6];
    uint8_t reg = 0;
    
    //MPU6050_ACC_OUT = 保存MPU6050加速度数据的寄存器起始地址59
    //加速度传感器数据输出寄存器总共由6个寄存器组成，59-64。
    //输出X、Y、Z三个轴的加速度传感器值，高字节在前，低字节在后，按顺序为XYZ。
    reg = MPU6050_ReadData(0x68, MPU6050_ACC_OUT, 6, buf);
    if(reg == 0)
    {
        accData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];    //加速度计X轴原始数据
        accData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];    //加速度计Y轴原始数据
        accData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];    //加速度计Z轴原始数据
    }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_GetTemp
 * 函 数 说 明：读取MPU6050的温度数据
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：温度值，单位为℃
 * 备       注：
 获取温度的寄存器由65和66两个寄存器组成，读取这两个寄存器可以获取温度的测量值。
 温度换算公式为：Temperature = 36.53 + regval/340，单位为℃。
******************************************************************/
float MPU6050_GetTemp(void)
{
    short temp;
    uint8_t buf[2];
    float Temperature = 0;
    
    MPU6050_ReadData(0x68,MPU6050_RA_TEMP_OUT_H,2,buf);
    temp = (buf[0] << 8) | buf[1];
    Temperature = ((double)temp/340.0) + 36.53;
    return Temperature;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050ReadID
 * 函 数 说 明：读取MPU6050的器件地址（这里以MPU6050器件地址为0x68为例）
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0=检测到MPU6050   1=检测不到MPU6050
 * 备       注：
 寄存器117为MPU6050的自检寄存器,用来检测MPU6050是否存在。
 WHO_AM_I的内容是MPU6050的7位I2C地址的前6位，最后一位的地址由AD0的电平来决定。
******************************************************************/
uint8_t MPU6050ReadID(void)
{
    unsigned char id[2] = {0};

    printf("mpu6050_id=%#x\r\n",MPU6050_ReadData(0x68,0X75,1,id)); //打印器件地址

    if (id[0] != 0x68)
    {
        printf("检测不到MPU6050模块");
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("MPU6050_ID = %#x\r\n",id[0]);
        return 0;
    }
    
    return 0;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：MPU6050_Init
 * 函 数 说 明：MPU6050的初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0=成功  1=没有检测到MPU6050
 * 备       注：无
******************************************************************/
char MPU6050_Init(void)
{
    //该函数和模拟I2C时序的void I2C_GPIO_Init(void)一致，都是初始化MPU6050的I2C引脚，使用一个即可。
    //0、MPU6050的端口引脚初始化
    MPU6050_GPIO_Init();
    delay_ms(10);
    
    //1、复位操作、复位MPU6050的所有寄存器为默认值
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 1,(uint8_t*)(0x80));
    delay_ms(100);
    
    //2、唤醒操作、唤醒MPU6050进入正常工作状态
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1,1, (uint8_t*)(0x00));
    
    //3、设置陀螺仪传感器的满量程范围，以±2000dps为例
    MPU6050_Set_Gyro_Fsr(3);    //陀螺仪传感器,±2000dps
    
    //4、设置加速度传感器的满量程范围，以±2g为例
    MPU6050_Set_Accel_Fsr(0);   //加速度传感器,±2g
    
    //5、设置MPU6050的采样率与低通滤波器
    MPU6050_Set_Rate(50);

    //6、关闭MPU6050所有中断
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_INT_EN_REG , 1,(uint8_t*)0x00);   
    
    //7、关闭MPU6050的I2C主模式
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_USER_CTRL_REG,1,(uint8_t*)0x00); 
    
    //8、关闭FIFO功能
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_FIFO_EN_REG,1,(uint8_t*)0x00); 
    
    //9、设置INT引脚低电平有效 
    MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_INTBP_CFG_REG,1,(uint8_t*)0X80);  

    if( MPU6050ReadID() == 0)//检测MPU6050是否存在
    {
        //10、设置时钟源为X轴陀螺仪的PLL时钟
        MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 1,(uint8_t*)0x01);
        
        //11、关闭陀螺仪与加速度传感器三轴的待机模式
        MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_PWR_MGMT2_REG, 1,(uint8_t*)0x00);
        
        //12、设置MPU6050的采样率与低通滤波器
        MPU6050_Set_Rate(50);
        return 0;
    }
    return 1;
}

本文部分内容参考自立创天空星官方文档。

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_45143522/article/details/144372219

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