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江协科技STM32软件I2C协议层读写MPU6050驱动层详解

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接线图

整体思路

I2C初始化

软件I2C只需要用GPIO读取函数就可以，不用I2C库函数；

① 把SCL和SDA都初始化成开漏输出模式（开漏输出不只是只能输出、也可以输入；输入时，先输出1，再直接读取输入数据寄存器就可以了）

②把SCL和SDA置高电平

void HerI2C_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);				//将PB10和PB11引脚初始化为开漏输出
	
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);		//设置PB10和PB11引脚初始化后默认为高电平（释放总线状态）
}

配置完之后，陀螺仪内部就在连续不断地进行转换，转换后输出的数据就放在数据寄存器里面。

六个时序单元

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

首先对操着端口的库函数进行封装：

/**
  * 函    数：I2C写SCL引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCL的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCL为低电平，当BitValue为1时，需要置SCL为高电平
  */
void HerI2C_W_SCL(uint8_t BitV)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitV);//根据BitValue，设置SCL引脚的电平
    Delay_us(10);                                   //延时10us，防止时序频率超过要求
}



void HerI2C_W_SDA(uint8_t BitV)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitV);//根据BitValue，设置SDA引脚的电平，BitV要实现非0即1的特性
	Delay_us(10);
}

I2C起始和终止函数：

void HerI2C_Start(void)
{
	HerI2C_W_SDA(1);		//释放SDA，确保SDA为高电平
	HerI2C_W_SCL(1);        //释放SCL，确保SCL为高电平
	HerI2C_W_SDA(0);        //在SCL高电平期间，拉低SDA，产生起始信号
	HerI2C_W_SCL(0);        //起始后把SCL也拉低，即为了占用总线，也为了方便总线时序的拼接
}

void HerI2C_Stop(void)
{
	HerI2C_W_SDA(0);		//拉低SDA，确保SDA为低电平
	HerI2C_W_SCL(1);        //释放SCL，使SCL呈现高电平
	HerI2C_W_SDA(1);        //在SCL高电平期间，释放SDA，产生终止信号
}

Start函数这里，如果起始条件之前，SCL和SDA已经是高电平了，那先释放哪个都是一样的效果；但是在后面还要兼容一个重复起始条件Sr，Sr最开始，SCL是低电平，SDA电平不确定，所以保险起见，趁SCL低电平期间，先确保SDA释放为高电平再释放SCL，然后在两个高电平期间再拉低SDA起始，就可以Start兼容起始条件和重复起始条件

Stop函数注意：

实际上，除了终止条件SCL以高电平结束，所有的单元我们都会保证SCL以低电平结束。

I2C读SDA函数：

/**
  * 函    数：I2C读SDA引脚电平
  * 参    数：无
  * 返 回 值：协议层需要得到的当前SDA的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前SDA为低电平时，返回0，当前SDA为高电平时，返回1
  */
uint8_t HerI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t SDABit;									  
	SDABit =GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11); //读取SDA电平
	Delay_us(10);                                     //延时10us，防止时序频率超过要求
	return SDABit;									   //返回SDA电平
}

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

void HerI2C_SendByte(uint8_t Bytevalue)
{
	uint8_t i;
	for(i =0;i <8;i ++)	//循环8次，主机依次发送数据的每一位
	{
		HerI2C_W_SDA(Bytevalue & (0x80 >>i));//使用掩码的方式取出Byte的指定一位数据并写入到SDA线
		HerI2C_W_SCL(1);                     //释放SCL，从机在SCL高电平期间读取SDA
		HerI2C_W_SCL(0);                     //拉低SCL，主机开始发送下一位数据
	}
}

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA，交给从机控制）

uint8_t HerI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t i,Bytevalue =0x00;
	HerI2C_W_SDA(1);		//接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送
	for(i =0;i <8;i ++)     //循环8次，主机依次接收数据的每一位
	{
		HerI2C_W_SCL(1);	//释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDA
		if(HerI2C_R_SDA() == 1)		
		{                           //读取SDA数据，并存储到Bytevalue变量
			Bytevalue |= (0x80 >> i);//当SDA为1时，置变量指定位为1，当SDA为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
		}							// Bytevalue = Bytevalue | (0x80 >> i)
		HerI2C_W_SCL(0);		//拉低SCL，从机在SCL低电平期间写入SDA
	}
	return Bytevalue;
}

/**
  * 函    数：I2C发送应答位
  * 参    数：Askvalue要发送的应答位，范围：0~1，0表示应答，1表示非应答
  * 返 回 值：无
  */
void HerI2C_SendAsk(uint8_t Askvalue)
{
	HerI2C_W_SDA(Askvalue);	//主机把应答位数据放到SDA线
	HerI2C_W_SCL(1);        //释放SCL，从机在SCL高电平期间，读取应答位
	HerI2C_W_SCL(0);        //拉低SCL，开始下一个时序模块
}

uint8_t HerI2C_ReceiveAsk(void)
{
	uint8_t Askvalue;			//定义应答位变量
	HerI2C_W_SDA(1);            //接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送
	HerI2C_W_SCL(1);            //释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDA
	Askvalue = HerI2C_R_SDA();  //将应答位存储到变量里
	HerI2C_W_SCL(0);            //拉低SCL，开始下一个时序模块
	return Askvalue;            //返回定义应答位变量
}

通过AD0引脚改名功能：

此时从机地址为1101 000

正常会给应答位000

然后在MPU6050DA0引脚插上飞线引到Vcc，置高电平，此时从机地址为1101 010 ，然后按下复位键，应答位就为1，没有应答了。

这是需要在程序中修改寻址，0xD2就又收到应答位了。

MPU6050初始化

#define MPU6050_ADDRESS 0xD0	//MPU6050的I2C从机地址

void MPU6050_Init(void)
{
	HerI2C_Init();	//I2C初始化
	
	/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);	//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);  //电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);  //采样率分频寄存器，配置采样率
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);      //配置寄存器，配置DLPF
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18); //陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/s
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}

MPU6050获取数据函数

/**
  * 函    数：MPU6050获取数据
  * 参    数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
  * 参    数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
  * 返 回 值：无
  */
void MPU6050_GetData(int16_t *AcceX,int16_t *AcceY,int16_t *AcceZ,
								int16_t *GyroX,int16_t *GyroY,int16_t *GyroZ)
{
	uint8_t DataH;
	uint8_t DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);	//读取加速度计X轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);  //读取加速度计X轴的低8位数据
	*AcceX = (DataH << 8) | DataL;                  //数据拼接，通过输出参数返回
													//(DataH << 8) | DataL；这16位是用补码表示的有符号数，直接赋给int_16t也没问题
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);	
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
	*AcceY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);	
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
	*AcceZ = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);	//读取陀螺仪X轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);   //读取陀螺仪X轴的低8位数据
	*GyroX = (DataH << 8) | DataL;                  //数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);	
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
	*GyroY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);	
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
	*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}

数据寄存器宏定义：

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H

#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C

#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48

#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75

#endif

MPU6050指定地址写寄存器：

/**
  * 函    数：MPU6050写寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  * 返 回 值：无
  */
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
	HerI2C_Start();						//I2C起始
	HerI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);   //发送从机地址，读写位为0，表示即将写入
	HerI2C_ReceiveAsk();                //接收应答
	HerI2C_SendByte(RegAddress);        //发送寄存器地址
	HerI2C_ReceiveAsk();                //接收应答
	HerI2C_SendByte(Data);              //发送要写入寄存器的数据
	HerI2C_ReceiveAsk();                //接收应答
	HerI2C_Stop();                      //I2C终止
}

这里的函数会返回一个应答位，这里没有做处理应答位，如果要处理应答位要增加很多代码，处理比较麻烦，为了时序清晰，方便学习，这里不对返回值进行判断。这里知道有应答位可以判断从机有没有收到数据就可以了。

MPU6050指定地址读寄存器：

/**
  * 函    数：MPU6050读寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  */
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	HerI2C_Start();							
	HerI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
	HerI2C_ReceiveAsk();
	HerI2C_SendByte(RegAddress);
	HerI2C_ReceiveAsk();
	
	HerI2C_Start();							//I2C重复起始
	HerI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);//发送从机地址，读写位为1，表示即将读取
	HerI2C_ReceiveAsk();                    //接收应答
	Data = HerI2C_ReceiveByte();            //接收指定寄存器的数据
	HerI2C_SendAsk(1);                      //发送应答，给从机非应答，终止从机的数据输出
	HerI2C_Stop();                          //I2C终止
	
	return Data;
}

测试读写函数

寄存器也是一种存储器，只不过普通的存储器只能读和写，里面的数据并没有赋予什么实际意义，但是寄存器就不一样了，寄存器的每一位数据都对应了硬件电路的状态，寄存器和外设的硬件电路是可以进行互动的。程序到这里就可以进行寄存器控制硬件电路了。

MPU6050获取ID号

uint8_t MMPU6050_GetID(void)
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);	//返回MPU6050_WHO_AM_I寄存器值
}

main函数

uint8_t ID;
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	MPU6050_Init();
	
	ID = MMPU6050_GetID();
	OLED_ShowString(1,1,"ID:");
	OLED_ShowHexNum(1,4,ID,2);
	
	while(1)
	{
		MPU6050_GetData(&AX , &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);	//获取MPU6050的数据
		
		OLED_ShowSignedNum(2,1,AX,5);
		OLED_ShowSignedNum(3,1,AY,5);
		OLED_ShowSignedNum(4,1,AZ,5);
		OLED_ShowSignedNum(2,9,GX,5);
		OLED_ShowSignedNum(3,9,GY,5);
		OLED_ShowSignedNum(4,9,GZ,5);
	}
}

作者：傍晚冰川

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