【江协STM32】10-2/3 MPU6050简介、软件I2C读写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轴的加快度、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、飞行器等必要检测自身姿态的场景
  
• 3轴加快度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加快度
  
• 3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
  

      

     

1.1 重要参数

• 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767
  
• 加快度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）
  
• 陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）
  
• 可设置的数字低通滤波器
  
• 可设置的时钟源
  
• 可设置的采样分频
  

I2C从机地点：1101000（AD0=0）、1101001（AD0=1）
如果在程序中用十六进制表现，一般有两种表现方式，以1101000地点为例。第一种，直接把7位二进制数转换为十六进制，110 1000就是0x68，以是可以说MPU6050的从机地点是0x68。在I2C通信时序中，第一个字节的高7位是从机地点，最低位是读写位，以是如果以为0x68是从机地点，在发送第一个字节时，必要先把0x68左移1位，再按位或上读写位。第二种，把0x68左移1位后的数据当做从机地点。0x68左移1位后是0xD0，则MPU6050的从机地点就是0xD0，这时在实际发送第一个字节时，如果必要写，就直接把0xD0当作第一个字节，如果必要读，就或上0x01，即0xD1当作第一个字节。
1.2 硬件电路

   

     MPU6050模块原理图   

XCL、XDA：MPU6050的6轴传感器不够用，必要举行扩展时利用，通常用于外接磁力计或者气压计，MPU6050的主机接口可以直接访问这些扩展芯片的数据，在MPU6050内有DMP单元举行数据融合和姿态解算。
1.3 模块框图

2. 软件I2C读写MPU6050

2.1 接线图

SCL接PB10、SDA接PB11。由于本节代码利用的是软件I2C，即用平凡的GPIO口手动翻转电平，不必要STM32内部的外设资源支持，以是这里端口可以恣意指定，也可以SCL接PA8，SDA接PA9等。
根据I2C协议的硬件规定，SCL和SDA均应外挂上拉电阻，由于模块内部自带上拉电阻，以是不必要外接。XCL和XDA用于扩展的接口，不利用。AD0引脚修改从机地点的最低位，由于模块内接了下拉电阻，以是引脚悬空相当于接地。INT中断信号输出脚，不利用。

2.2 代码

程序的整体架构：

• 起首，创建I2C通信层的.c和.h模块。在通信层中，写好I2C底层的GPIO初始化和6个时序基本单元（起始、停止、发送一个字节、接收一个字节、发送应答、接收应答）。
  
• 再创建MPU6050的.c的.h模块。在此层，基于I2C通信模块实现指定地点读、指定地点写，再实现写寄存器对芯片举行设置、读寄存器得到传感器数据。
  
• 最后在main.c中调用MPU6050模块，初始化，获取数据，显示数据。
  

由于利用的是软件I2C，以是stm32的I2C库函数就不必要看了，只必要利用GPIO的读写函数。 
MyI2C.c（防止和库函数的函数重名）

1. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
2. #include "Delay.h"
4. void MyI2C_Init(void)
5. {
6.     //  需要完成2个任务：
7.     //  ① 把SCL和SDA均初始化为开漏输出模式；
8.     //  ② 把SCL和SDA置高电平。
9.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
10.        
11.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
12.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;//        开漏输出(虽然名字是"输出",但开漏输出模式仍然可以输入)
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;//  SCL是PB10，SDA是PB11
14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
15.         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
16.    
17.     GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);//   置SCL和SDA高电平
18. }
20. //  对操作端口的库函数进行封装
21. void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)//    写SCL。参数给1或0，就可以释放或拉低SCL
22. {
23.     GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
24.     Delay_us(10);// 如果单片机主频较快，可以加延时，防止从机跟不上
25. }
27. void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)//    写SDA。参数给1或0，就可以释放或拉低SDA
28. {
29.     GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
30.     Delay_us(10);
31. }
33. uint8_t MyI2C_R_SDA(void)// 读SDA
34. {
35.     uint8_t BitValue;
36.     BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
37.     Delay_us(10);
38.     return BitValue;
39. }
41. //  接下来完成I2C的6个时序基本单元
42. //
43. //  1、起始条件
44. //  首先确保SCL和SDA释放，然后先拉低SDA，再拉低SCL
45. void MyI2C_Start(void)
46. {
47.     MyI2C_W_SDA(1);//   释放SDA
48.     MyI2C_W_SCL(1);//   释放SCL
49.    
50.     MyI2C_W_SDA(0);//   先拉低SDA
51.     MyI2C_W_SCL(0);//   再拉低SCL
52. }
54. //  2、终止条件
55. //  SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平
56. void MyI2C_Stop(void)
57. {
58.     MyI2C_W_SDA(0);//   先拉低SDA，避免SDA之前为高电平时释放无法产生上升沿
59.     MyI2C_W_SCL(1);//   再释放SCL
60.     MyI2C_W_SDA(1);//   再释放SDA
61. }
63. //  3、发送一个字节
64. //  SCL低电平，SDA变换数据；SCL高电平，SDA保持数据稳定。放完1位后，释放SCL，拉低SCL，驱动时钟运转
65. void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
66. {
67.     uint8_t i;
68.     for(i = 0; i < 8; i++)
69.     {
70.         MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));//  首先趁SCL低电平，把Byte的最高位放在SDA线上。下一轮就是把次高位放在SDA线上
71.         //  取Byte最高位为Byte&0x80，取次高位为Byte&0x40...在循环中，使用右移i位即可实现按位与数值的变换
72.         MyI2C_W_SCL(1);//   再释放SCL。释放后从机会立刻把SDA的数据读走
73.         MyI2C_W_SCL(0);//   拉低SCL
74.     }
75. }
77. //  4、接收一个字节
78. //  SCL低电平，从机把数据放到SDA上，为了防止主机干扰从机写入数据，主机需要先释放SDA，释放SDA也相当于切换为输入模式
79. //  然后主机在SCL高电平期间读取SDA，再拉低SCL。这样重复8次，主机就能读到一个字节了。
80. uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
81. {
82.     uint8_t i, Byte = 0x00;
83.     MyI2C_W_SDA(1);//   主机释放SDA
84.     for(i = 0; i < 8; i++)
85.     {
86.         MyI2C_W_SCL(1);//   主机释放SCL
87.         if(MyI2C_R_SDA() == 1)//    主机读取数据
88.         {
89.             Byte |= (0x80 >> i);// 如果读取到1，就从高到低把Byte对应位置1
90.         }
91.         MyI2C_W_SCL(0);//   读取1位后拉低SCL，这时从机会把下一位数据放到SDA上
92.     }
93.     return Byte;
94. }
96. //  5、发送应答
97. //  其实就是发送一个字节的简化
98. void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
99. {
100.     MyI2C_W_SDA(AckBit);//  函数进入时，SCL低电平，主机把AckBit放到SDA上
101.     MyI2C_W_SCL(1);//   再释放SCL。从机读取应答
102.     MyI2C_W_SCL(0);//   拉低SCL，进入下一个时序单元
103. }
105. //  6、接收应答
106. //  其实就是接收一个字节的简化
107. uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
108. {
109.     uint8_t AckBit;
110.     MyI2C_W_SDA(1);//   函数进入时SCL低电平，主机释放SDA防止干扰从机。同时，从机把应答位放在SDA上
111.     MyI2C_W_SCL(1);//   主机释放SCL，读取应答位
112.     AckBit = MyI2C_R_SDA();
113.     MyI2C_W_SCL(0);//   读取后拉低SCL，进入下一个时序单元
114.     return AckBit;
115. }

复制代码

MyI2C.h

1. #ifndef __MYI2C_H
2. #define __MYI2C_H
4. void MyI2C_Init(void);
5. void MyI2C_Start(void);
6. void MyI2C_Stop(void);
7. void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte);
8. uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void);
9. void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit);
10. uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void);
12. #endif

复制代码

MPU6050.c

1. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
2. #include "MyI2C.h"
3. #include "MPU6050_Reg.h"
5. #define MPU6050_ADDRESS 0xD0
7. // 指定地址写
8. void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
9. {
10.     MyI2C_Start();
11.     MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);// 发送从机地址+读写位
12.     MyI2C_ReceiveAck();//   接收应答
13.     MyI2C_SendByte(RegAddress);//   指定寄存器地址
14.     MyI2C_ReceiveAck();
15.     MyI2C_SendByte(Data);//   发送写入指定寄存器地址下的数据
16.     MyI2C_ReceiveAck();
17.     MyI2C_Stop();
18. }
20. //  指定地址读
21. uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
22. {
23.     uint8_t Data;
24.    
25.     MyI2C_Start();
26.     MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);// 发送从机地址+读写位
27.     MyI2C_ReceiveAck();//   接收应答
28.     MyI2C_SendByte(RegAddress);//   指定寄存器地址
29.     MyI2C_ReceiveAck();
30.    
31.     MyI2C_Start();//    重复起始条件
32.     MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0xD1);//   读写位1，读出数据
33.     MyI2C_ReceiveAck();
34.     Data = MyI2C_ReceiveByte();//   从机发送数据，主机接收数据
35.     MyI2C_SendAck(1);//  这里只想要1个字节，所以不给从机应答
36.     MyI2C_Stop();
37.    
38.     return Data;
39. }
41. void MPU6050_Init(void)
42. {
43.     MyI2C_Init();
44.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);//   配置PWR_MGMT_1寄存器，解除睡眠，选择X轴陀螺仪时钟
45.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
46.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);//   采样率分频，决定了数据输出的快慢。10分频
47.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);//   数字低通滤波器给110
48.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);//  陀螺仪配置，选择最大量程11
49.     MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);// 加速度计配置，选择最大量程11
50.    
51. }
53. uint8_t MPU6050_GetID(void)
54. {
55.     return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
56. }
58. //  由于需要返回6个变量，使用指针的地址传递
59. void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
60.                         int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
61. {
62.     uint8_t Data_H, Data_L;
63.    
64.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);//    加速度寄存器X轴高8位
65.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
66.     *AccX = (Data_H << 8) | Data_L;//   加速度计X轴的16位数据
67.    
68.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
69.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
70.     *AccY = (Data_H << 8) | Data_L;
71.    
72.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
73.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
74.     *AccZ = (Data_H << 8) | Data_L;
75.    
76.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);//    陀螺仪寄存器X轴高8位
77.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
78.     *GyroX = (Data_H << 8) | Data_L;//   陀螺仪X轴的16位数据
79.    
80.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
81.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
82.     *GyroY = (Data_H << 8) | Data_L;
83.    
84.     Data_H = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
85.     Data_L = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
86.     *GyroZ = (Data_H << 8) | Data_L;
87. }

复制代码

MPU6050.h

1. #ifndef __MPU6050_H
2. #define __MPU6050_H
4. void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
5. uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);
7. void MPU6050_Init(void);
8. void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
9.                         int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);
10. uint8_t MPU6050_GetID(void);
12. #endif

复制代码

MPU6050_Reg.h

1. #ifndef __MPU6050_REG_H
2. #define __MPU6050_REG_H
4. #define        MPU6050_SMPLRT_DIV                0x19
5. #define        MPU6050_CONFIG                        0x1A
6. #define        MPU6050_GYRO_CONFIG                0x1B
7. #define        MPU6050_ACCEL_CONFIG        0x1C
9. #define        MPU6050_ACCEL_XOUT_H        0x3B
10. #define        MPU6050_ACCEL_XOUT_L        0x3C
11. #define        MPU6050_ACCEL_YOUT_H        0x3D
12. #define        MPU6050_ACCEL_YOUT_L        0x3E
13. #define        MPU6050_ACCEL_ZOUT_H        0x3F
14. #define        MPU6050_ACCEL_ZOUT_L        0x40
15. #define        MPU6050_TEMP_OUT_H                0x41
16. #define        MPU6050_TEMP_OUT_L                0x42
17. #define        MPU6050_GYRO_XOUT_H                0x43
18. #define        MPU6050_GYRO_XOUT_L                0x44
19. #define        MPU6050_GYRO_YOUT_H                0x45
20. #define        MPU6050_GYRO_YOUT_L                0x46
21. #define        MPU6050_GYRO_ZOUT_H                0x47
22. #define        MPU6050_GYRO_ZOUT_L                0x48
24. #define        MPU6050_PWR_MGMT_1                0x6B
25. #define        MPU6050_PWR_MGMT_2                0x6C
26. #define        MPU6050_WHO_AM_I                0x75
28. #endif

复制代码

main.c

1. #include "stm32f10x.h"                  // Device
2. #include "Delay.h"
3. #include "MPU6050.h"
5. int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;
7. int main(void)
8. {
9.     OLED_Init();
10.     MPU6050_Init();
11.    
12.     OLED_ShowString(1, 1, "ID:");
13.     OLED_ShowHexNum(1, 4, MPU6050_GetID(), 2);
14.    
15.     OLED_ShowString(1, 7, "Acc|Gyro");
16.     OLED_ShowString(2, 1, "X       |");
17.     OLED_ShowString(3, 1, "Y       |");
18.     OLED_ShowString(4, 1, "Z       |");
19.    
20.     while(1)
21.     {
22.         MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);
23.         OLED_ShowSignedNum(2, 3, AX, 5);
24.         OLED_ShowSignedNum(3, 3, AY, 5);
25.         OLED_ShowSignedNum(4, 3, AZ, 5);
26.         OLED_ShowSignedNum(2, 10, GX, 5);
27.         OLED_ShowSignedNum(3, 10, GY, 5);
28.         OLED_ShowSignedNum(4, 10, GZ, 5);
29.     }
30. }

复制代码

其他引用的头文件和c代码可在此处查阅：Delay.h（【江协STM32】3-2 LED闪耀&LED流水灯&蜂鸣器，第1.3节） 

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