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STM32 IO口模拟I2C+驱动MPU6050

2019-08-14来源: eefocus关键字:STM32  IO口  模拟I2C  驱动MPU6050

一、MPU6050

1. MPU6050介绍

MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件,相较于多组件 

方案,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了安装空间。


MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器,并且含有一个第二 IIC 接口, 

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,通过主 IIC 接口,向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。有了 DMP,我 

们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库,非常方便的实现姿态解算,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。


2. MPU6050特点

MPU6050 的特点包括:


① 以数字形式输出 6 轴或 9 轴(需外接磁传感器)的旋转矩阵、四元数(quaternion)、

欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据(需 DMP 支持)

② 具有 131 LSBs/° /sec 敏感度与全格感测范围为±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 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度,降低设定给予的影响与感测器的飘移

⑤ 自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演

算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷

⑥ 内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术,免除了客户须另外进行校正的需求

⑦ 自带一个数字温度传感器

⑧ 带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS

⑨ 可程序控制的中断(interrupt),支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速

下降中断、 high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能

⑩ VDD 供电电压为 2.5V±5%、 3.0V±5%、 3.3V±5%; VLOGIC 可低至 1.8V± 5%

⑪ 陀螺仪工作电流: 5mA,陀螺仪待机电流: 5uA;加速器工作电流: 500uA,加速

器省电模式电流: 40uA@10Hz

⑫ 自带 1024 字节 FIFO,有助于降低系统功耗

⑬ 高达 400Khz 的 IIC 通信接口

⑭ 超小封装尺寸: 4x4x0.9mm( QFN)


3.MPU6050原理图

3.1 MPU6050引脚图

这里写图片描述


3.2 MPU6050 的内部框图


这里写图片描述

SCL 和 SDA 是连接 MCU 的 IIC 接口, MCU 通过这个 IIC 接口来控制 MPU6050,


另外还有一个 IIC 接口: AUX_CL 和 AUX_DA,这个接口可用来连接外部从设备,比如磁 

传感器,这样就可以组成一个九轴传感器。


VLOGIC 是 IO 口电压,该引脚最低可以到 1.8V, 

我们一般直接接 VDD 即可。


AD0 是从 IIC 接口(接 MCU)的地址控制引脚,该引脚控制 

IIC 地址的最低位。如果接 GND,则 MPU6050 的 IIC 地址是: 0X68,如果接 VDD,则是 

0X69,注意:这里的地址是不包含数据传输的最低位的(最低位用来表示读写)!!


3.3 MPU6050 传感器的检测轴及方向


这里写图片描述

二、I2C

1. I2C简介

IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线,用于连接 

微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线,可发送和接收数据。 

在 CPU 与被控 IC 之间、 IC 与 IC 之间进行双向传送, 高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。


I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答 

信号。


开始信号: SCL 为高电平时, SDA 由高电平向低电平跳变,开始传送数据。


结束信号: SCL 为高电平时, SDA 由低电平向高电平跳变,结束传送数据。


应答信号:接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后,向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲, 

表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,判断为受控单元出现故障。


这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要.


重要理解:只有当SCL为高时,IIC电路才会对SDA线上的电平采样,当SCL为低时,SDA线可以任意0、1变化

2.I2C驱动

2.1 开始信号

SCL为高,SDA由高—->低,IIC通信的开始信号。


void IIC_Strart(void)

{

    SDA_OUT();

    IIC_SDA=1;

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    IIC_SDA=0;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=0;

}


最后拉低SCL目的是为了钳住总线,防止IIC对SDA线进行采样,SDA可以0、1变化传送数据


2.2 结束信号

SCL为高,SDA由低—->高,IIC通信的结束信号。


void IIC_Stop(void)

{

    SDA_OUT();

    IIC_SCL=0;

    IIC_SDA=0;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    IIC_SDA=1;

    delay_us(2);

}


先将SCL拉低目的是允许SDA进行变化,把SDA拉低(为拉高做准备)


2.3 应答信号

接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后,向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲, 

表示已收到数据。。若未收到应答信号,判断为受控单元出现故障。


//产生ACK应答信号

void IIC_Ack(void)

{

    IIC_SCL=0;

    SDA_OUT();

    IIC_SDA=0;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=0;

}


//不产生ACK应答信号

void IIC_NAck(void)

{

    IIC_SCL=0;

    SDA_OUT();

    IIC_SDA=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=0;

}


先拉低时钟线,再拉低拉高数据线,最后先拉高时钟线,告诉外设把数据线上的低高电平采样进去。


2.4等待应答信号

u8 IIC_Wait_Ack(void)

{

    u8 Time=0;

    SDA_IN();

    IIC_SDA=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    while(IIC_SDA)

    {

        Time++;

        if(Time>250)

        {

            IIC_Stop();

            return 1;

        }

    }

    IIC_SCL=0;

    return 0;


先拉高SDA,判断在一定时间内SDA是否变0,可以识别出外设有无应答信号


2.5 发送一个字节

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{

    u8 t;

    SDA_OUT();

    IIC_SCL=0;

    for(t=0;t<8;t++)

    {

        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;

        txd<<=1;

        delay_us(2);

        IIC_SCL=1;

        delay_us(2);

        IIC_SCL=0;

        delay_us(2);

    }

}


字节由高到低一位一位发送


2.6 读一个字节

u8 IIC_Read_Byte(u8 ack)

{

    u8 i,receive=0;

    SDA_IN();

    for(i=0;i<8;i++)

    {

        IIC_SCL=0;

        delay_us(2);

        IIC_SCL=1;

        receive<<=1;

        if(READ_SDA)receive++;

        delay_us(2);

    }

    if(!ack) IIC_NAck();

    else IIC_Ack();

    return receive;

}


确定接收完本字节后是否还继续接收字节,继续ACK=1,不继续ACK=0.


一位一位接收从外设传来的数据,函数返回一个字节


三、STM32控制MPU6050

1.硬件连接

实验采用正点原子公司的 AN1507 ATK-MPU6050 六轴传感器模块


MPU6050             STM32

VCC         <--->   VCC

GND         <--->   GND

SDA         <--->   PB9

SCL         <--->   PB8

INT         <--->   不接

AD0         <--->   不接


2. 重要寄存器

2.1 电源管理寄存器 1


这里写图片描述

DEVICE_RESET 位用来控制复位,设置为 1,复位 MPU6050,复位结束后, MPU 

硬件自动清零该位


SLEEEP 位用于控制 MPU6050 的工作模式,复位后,该位为 1,即进 

入了睡眠模式(低功耗),所以我们要清零该位,以进入正常工作模式


TEMP_DIS 用于设置是否使能温度传感器,设置为 0,则使能


CLKSEL[2:0]用于选择系统时钟源,选择关系如表


CLKSEL[2:0] 时钟源

000 内部 8M RC 晶振

001 PLL,使用 X 轴陀螺作为参考

010 PLL,使用 Y 轴陀螺作为参考

011 PLL,使用 Z 轴陀螺作为参考

100 PLL,使用外部 32.768Khz 作为参考

101 PLL,使用外部 19.2Mhz 作为参考

110 保留

111 关闭时钟,保持时序产生电路复位状态

**默认是使用内部 8M RC 晶振的,精度不高,所以我们一般选择 X/Y/Z 轴陀螺作为参考 

的 PLL 作为时钟源,一般设置 CLKSEL=001 即可**


2.2 陀螺仪配置寄存器

 这里写图片描述

FS_SEL[1:0]这两个位,用于设置陀螺仪的满量程范围: 0,±250° 

/S; 1,±500° /S; 2,±1000° /S; 3,±2000° /S;我们一般设置为 3,即±2000° /S,因 

为陀螺仪的 ADC 为 16 位分辨率,所以得到灵敏度为: 65536/4000=16.4LSB/(° /S)


2.3 加速度传感器配置寄存器

这里写图片描述

AFS_SEL[1:0]这两个位,用于设置加速度传感器的满量程范围: 0, 

±2g; 1,±4g; 2,±8g; 3,±16g;我们一般设置为 0,即±2g,因为加速度传感器的 

ADC 也是 16 位,所以得到灵敏度为: 65536/4=16384LSB/g


2.4 FIFO使能寄存器

这里写图片描述

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

[1] [2] [3]

关键字:STM32  IO口  模拟I2C  驱动MPU6050

编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic471020.html
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