代码收藏家 STM32与MPU6050六轴传感器的结合：实现高效的运动检测
一，什么是MPU6050
MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6轴运动处理组件，内带3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，并且含有一个第二IIC接口，可用于连接外部磁力传感器，利用自带数字运动处理器（DMP:Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过主IIC接口可以向应用端输出完整的9轴姿态融合演算数据。DMP的存在降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。
MPU6050的特点：
1、自带数字运动处理（DMP:Digital Motion Processor），可以输出6轴或9轴（需要外接磁传感器）姿态解算数据。
2、集成可程序控制，测量范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec的3轴角速度感测器（陀螺仪）。
3、集成可程序控制，范围为±2g、±4g、±8g和16g的3轴加速度传感器。
4、自带数字温度传感器。
5、可输出中断（interrupt），支持姿态识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降中断、hight-G中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能。
6、自带1024字节FIFO，有助于降低系统功耗。
7、高达400Khz的IIC通信接口。
8、超小封装尺寸：4x4x09mm（QFN）
MPU6050框图：
INT是中断输出脚，CS是片选脚，AD0设置地址，SCL和SDA是主IIC接口，AUX_CL和AUX_DA是丛IIC接口。AD0=0–>地址=0X68 AD0=1–>地址=0X69
二、MPU6050初始化
1、初始化IIC接口
2、复位MPU6050。由电源管理寄存器1（0X6B）控制
3、设置角速度传感器和加速度传感器的满量程范围。由陀螺仪配置寄存器（0X1B）和加速度传感器配置寄存器（0X1C）设置。
4、设置其它参数。配置中断，由中断使能寄存器（0X38）控制；设置AUX IIC接口，由户控制寄存器（0X6A）控制；设置FIFO，由FIFO使能寄存器（0X23控制）；陀螺仪采样率，由采样率分频寄存器（0X19）控制；设置数字低通滤波器，由配置寄存器（0X1A）控制。
5、设置系统时钟。由电源管理寄存器1（0X6B）控制。一般选择x轴陀螺PLL作为时钟源，以获得更高精度的时钟。
6、使能角速度传感器（陀螺仪）和加速度传感器。由电源管理寄存器2（0X6C）控制。
三、寄存器介绍
1、电源管理寄存器1（0X68）
（第八位）DEVICE_RESE=1，复位MPU6050，复位完成后，自动清零。
（第七位）SLEEP=1，进入睡眠模式；SLEEP=0，正常工作模式。
（第四位）TEMP_DIS，用于设置是否使能温度传感器，设置为0，则使能。
（第一位~第三位）CLKSEL[2:0]，用于选择系统时钟源，如图：
一般是设置X轴作为参考，所以CLKSEL[2:0]设置为001。
2、陀螺仪配置寄存器（0X1B）
主要是FS_SEL[1:0]位，用于设置陀螺仪的满量程范围：0，±250° /S；1，±500° /S1；3，±2000° /S；一般设置为3（±2000° /S），因为陀螺仪的ADC为16位分辨率，灵敏度为：65546/4000=16.4LSB/(° /S)。
3、加速度传感器配置寄存器（0X1C）
主要是AFS_SEL[1:0]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；一般设置为0（±2g），因为加速度传感器的ADC也是16位，所以灵敏度为：65536/4=16384LSB/g。
4、FIFO使能寄存器（0X23）
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。
（注：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了FIFO。）
5、陀螺仪采样率分频寄存器（0X19）
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，其它情况是1Khz。而且DLPF滤波频率一般设置为采样率的一半。采样率假定为50Hz，那么：SMPLRT_DIV=1000/50-1=19。这里1000是陀螺仪输出频率，50是采样频率。
6、配置寄存器（0X1A）
主要看数字低通滤波器（DLPF_CFG）的设置位，即：DLPF_CFG[2:0]，加速度计和陀螺仪都是根据这三位的配置进行过滤的，如下表：
（注：一般设置带宽=1/2的采样率。）
7、电源管理寄存器2（0X6C）
该寄存器的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（若全不进入待机模式，则全设置为0）
8、加速度传感器数据输出寄存器（0X3B~0X40）
加速度传感数据输出寄存器总共由6个寄存器组成，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。
9、陀螺仪数据输出寄存器（0X43~0X48）
陀螺仪数据输出寄存器总共由6个寄存器组成，输出X/Y/Z三轴的陀螺仪传感器数据，高字节在前，低字节在后。
10、温度传感器数据输出寄存器（0X41~0X42）
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°C，regval为从0X41和0X42读到的温度传感器值。
四、原理图
ATK-MPU6050模块原理图：
STM32F407硬件连接原理图：
注：AD0接GND–>地址=0X68
五、MPU6050驱动代码
1、MPU6050 IIC接口驱动部分代码
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输出模式
//IO操作函数
#define IIC_SCL PBout(8) //SCL
#define IIC_SDA PBout(9) //SDA
#define READ_SDA PBin(9) //输入SDA
//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口
void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void); //发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号2、MPU6050初始化函数（MPU_Init函数）
//初始化MPU6050
//返回值0，成功，返回其它值，错误
u8 MPU_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化IIC总线
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80); //复位MPU6050
delay_ms(100);
MPU_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
MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00); //关闭所有中断
MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00); //IIC主模式关闭
MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00); //关闭FIFO
MPU_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80); //INT引脚低电平有效
res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
{
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01); //设置CLKSEL，PLL x轴为参考
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00); //加速度与陀螺仪都工作
MPU_Set_Rate(50); //设置采样率为50Hz
}else return 1;
return 0;
}
3、MPU_Get_Gyroscope函数；MPU_Get_Accelerometet函数；MPU_Get_Temperature函数
（注：MPU_Write_Len MPU连续读 MPU_Read_Len MPU连续写）
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_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;;
返回0表示成功u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_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;;
}short MPU_Get_Temperature(void)
{
u8 buf[2];
short raw;
float temp;
MPU_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;;
}
