STM32复习笔记（十六）MPU6050六轴传感器

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。

       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 。

二、MPU6050的特点：

①自带数字运动处理（ DMP: Digital Motion Processing ），可以输出6轴或9轴（需外接磁传感器）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 

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：4x4x0.9mm（QFN）

三、MPU6050框图：

四、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设置其他参数。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

初始化完成，即可读取陀螺仪、加速度传感器和温度传感器的数据了！！

五、寄存器介绍：

（1）电源管理寄存器1（0X6B）：

（2）陀螺仪配置寄存器（0X1B）：

该寄存器我们只关心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)。

（3）加速度传感器配置寄存器（0X1C）：

    该寄存器我们只关心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。

（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。

    注意：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FIFO了

（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，其他情况是1Khz。而且DLPF滤波频率一般设置为采样率的一半。采样率，我们假定设置为50Hz，那么：SMPLRT_DIV=1000/50-1=19。

（6）配置寄存器（0X1A）：

（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，本例程用不到。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，这里我们全部都不进入待机模式，所以全部设置为：0 ，即可。

（8）加速度传感器数据输出寄存器（0X3B~0X40）：

       加速度传感器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三个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℃，regval为从0X41和0X42读到的温度传感器值。

六、DMP的使用：

    通过前面的学习，我们可以正常读取MPU6050的加速度传感器、陀螺仪和温度传感器的数据，但是实际使用的时候（比如做四轴），我们更希望得到姿态数据，即欧拉角：航向角（yaw）、横滚角（roll）和俯仰角（pitch）。

要得到欧拉角数据，就得利用我们的原始数据，进行姿态融合解算，这个比较复杂，知识点比较多，初学者不易掌握。而MPU6050自带了数字运动处理器，即DMP，并且，InvenSense提供了一个MPU6050的嵌入式运动驱动库，结合MPU6050的DMP，可以将我们的原始数据，直接转换成四元数输出，而得到四元数之后，就可以很方便的计算出欧拉角，从而得到yaw、roll和pitch。

    使用内置的DMP，可以大大简化代码设计，MCU不用进行姿态解算过程，大大降低了MCU的负担，从而有更多的时间去处理其他事件，提高系统实时性。

    InvenSense提供的MPU6050运动驱动库是基于MSP430的，我们需要将其移植一下，才可以用到STM32上面。官方原版驱动在光盘à增值资料àALIENTEK 产品资料àATK-MPU6050六轴传感器模块àMPU6050参考资料àDMP资料：

        Embedded_MotionDriver_5.1.rar

        Embedded Motion Driver V5.1.1 API 说明.pdf

        Embedded Motion Driver V5.1.1 教程.pdf

    MPU6050 DMP输出的是姿态解算后的四元数，采用q30格式，也就是放大了2的30次方，我们要得到欧拉角，就得做一个转换，代码如下：

      q0=quat[0] / q30; //q30格式转换为浮点数

      q1=quat[1] / q30;

      q2=quat[2] / q30;

      q3=quat[3] / q30; 

      //计算得到俯仰角/横滚角/航向角

      pitch=asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; //俯仰角

      roll=atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3;//横滚角

      yaw=atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3;    //航向角

quat[0]~quat[3]：是MPU6050的DMP解算后的四元数，q30格式。

q30：是一个常量：1073741824，即2的30次方。

57.3：是弧度转换为角度，即180/π，这样结果就是以度（°）为单位的。

七、重要函数：

1，MPU6050 IIC接口驱动代码

2，MPU_Init函数

3，MPU_Get_Gyroscope函数

4，MPU_Get_Accelerometer函数

5，MPU_Get_Temperature函数

1，DMP移植相关代码

        i2c_write、i2c_read、delay_ms和get_ms.

2， mpu_dmp_init函数

3， mpu_dmp_get_data函数