MPU6500驱动调试笔记（STM32F407+SPI）

一、问题背景

本来最开始实验室使用MPU6050芯片，采集陀螺仪原始数据做生理信号采集，但算法发现用IIC接口采样率（200hz）达不到要求。故寻找同类型支持SPI协议的芯片去替代，发现了这块MPU6500，还便宜，就用起来。在读写寄存器费了些周折（每读一次数据寄存器需要短暂延时，不能spi连续读。写寄存器有100ms延时要求），算是记录下吧

二、注意事项

NOTE: 1、由datasheet P16页SPI时序图得：CPOL=1，CPHA=1;（多谢网友指正页码）

     2、采样频率200hz，陀螺仪量程正负250dps，加速度量程正负2g，16bit输出；

三、源代码

/*

******************************************************************

**  Filename :  mpu6500.C

**  Abstract :  mpu6500的spi驱动程序

**  Device   :  stm32f4xx

**  Compiler :  keil 5

**  By       :  yulong

**  Date     :  2017-09-21 17:25:39

**  Changelog:1.首次创建

*******************************************************************

*/

#include "mpu6500.h"

#include "stm32f4xx_exti.h"

#include "stdio.h"

#include "exti.h"

#include "Show_Scope.h"

#include "sys.h"

#include "delay.h"

#include "usart.h"   

#include "led.h"

/**初始化mpu6500端口**/

void mpu6500_Init(void) 

{

    GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

    //mpu6500 CS脚g11

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = mpu6500_CS;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//100MHz

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

  GPIO_Init(mpu6500_CS_G, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_SetBits(mpu6500_CS_G, mpu6500_CS);//CS 高电平，先不选中

    //其他公用SPI的器件，将片选拉高

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;//PG15 //flash_cs

    GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化

    GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_15);//PG15输出1,防止NRF干扰SPI FLASH的通信 

    //mpu6500 DRDY脚

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = mpu6500_DRDY;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//普通输入模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//100M

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

  GPIO_Init(mpu6500_DRDY_G, &GPIO_InitStructure);   

    SPI3_Init();     //初始化SPI 模式3

    SPI3_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_256); //设置为42M时钟,高速模式 

    //DRDY中断接收初始化

    //EXTIX_Init();

}

//初始化MPU6500

//返回值:0,成功

//    其他,错误代码

u8 MPU6500_Init(void)

{ 

u8 res, t=5;

mpu6500_Init();//初始化spi总线.exit外部中断

mpu6500_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80); //复位mpu6500

    delay_ms(100); //see 《register map》page 42 - delay 100ms

mpu6500_Write_Byte(MPU_SIGPATH_RST_REG,0X07); //reset GYR+ACC+TEMP

delay_ms(100); //page 42 - delay 100ms

mpu6500_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG, 0x11); //SET spi mode+Reset all gyro digital signal path, accel digital signal path, and temp

delay_ms(1000);

res=mpu6500_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);

if(res == 0x70)//器件ID正确

{

printf("mpu6500_ADDR INIT OK!n");

MPU_Set_Gyro_Fsr(0); //陀螺仪传感器,±250dps

delay_ms(10); //每写一个寄存器注意延时！不然会有意想不到的错误lol --yulong

MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度传感器,±2g

delay_ms(10);

mpu6500_Write_Byte(MPU_CFG_REG,0X03); //gyr Fs=1khz,bandwidth=41hz

delay_ms(10); 

mpu6500_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG2_REG,0X03); //Acc Fs=1khz, bandtidth=41hz

delay_ms(10);

//mpu6500_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0XA0); //INT引脚低电平有效,推完输出

delay_ms(10);

//mpu6500_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X01); //raw data inter open

delay_ms(10);

//mpu6500_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01); //设置CLKSEL,PLL X轴为参考

delay_ms(10);

mpu6500_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG, 0X00); //加速度与陀螺仪都工作

delay_ms(10);

MPU_Set_Rate(200); //设置采样率为200Hz

delay_ms(10);

  }

else 

{

printf("ERROR! mpu6500_ADDR IS %xn", mpu6500_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG));

return 1; //错误退出

}

//just for test --yulong 2017/9/20

//loop all the time(send data to com)

while(1)

{

short accx_original=0, accy_original=0, accz_original=0;

u16 ACC_DATA[7];

u8 raw_datas[14]={0}; //acc*6+temp*2+gyr*6

u8 res;

res = mpu6500_Read_Byte(MPU_INT_STA_REG); //默认读此寄存器能够清此标志位.故循环查询此寄存器即可

//printf("int status:%xn", res);

delay_us(10);

if(res == 0x01) //数据ready

{

mpu6500_Read_Len(MPU_ACCEL_XOUTH_REG, 8, &raw_datas[0]);

delay_us(10);

mpu6500_Read_Len(MPU_GYRO_XOUTH_REG, 6, &raw_datas[8]);

delay_us(10);

ACC_DATA[0]=((u16)raw_datas[0]<<8)|raw_datas[1];//三轴加速度

ACC_DATA[1]=((u16)raw_datas[2]<<8)|raw_datas[3];

ACC_DATA[2]=((u16)raw_datas[4]<<8)|raw_datas[5];

ACC_DATA[3]=((u16)raw_datas[8]<<8)|raw_datas[9];//三轴角速度

ACC_DATA[4]=((u16)raw_datas[10]<<8)|raw_datas[11];

ACC_DATA[5]=((u16)raw_datas[12]<<8)|raw_datas[13];

ACC_DATA[6]=((u16)raw_datas[6]<<8)|raw_datas[7]; //温度数据

Data_Send_Status(ACC_DATA, 0XF1, 7); //7通道数据，发送给匿名上位机波形显示

LED3_ON(); //open red led

}

}

return 0;

}

//设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围

//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps

//返回值:0,设置成功

//    其他,设置失败 

u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)

{

return mpu6500_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG, fsr<<3);//设置陀螺仪满量程范围  

}

//设置MPU6050加速度传感器满量程范围

//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g

//返回值:0,设置成功

//    其他,设置失败 

u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)

{

return mpu6500_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG, fsr<<3);//设置加速度传感器满量程范围  

}

//设置MPU6050的数字低通滤波器

//lpf:数字低通滤波频率(Hz)

//返回值:0,设置成功

//    其他,设置失败 

u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)

{

u8 data=0;

if(lpf>=188)data=1;

else if(lpf>=98)data=2;

else if(lpf>=42)data=3;

else if(lpf>=20)data=4;

else if(lpf>=10)data=5;

else data=6; 

return mpu6500_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//设置数字低通滤波器  

}

//设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)

//rate:4~1000(Hz)

//返回值:0,设置成功

//    其他,设置失败 

u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)

{

u8 data;

if(rate>1000)rate=1000; //最大1khz采样率

if(rate<4)rate=4;

data=1000/rate-1; //根据公式算出得

data=mpu6500_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data); //设置采样率

  //return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半

}

//

//同时读多个寄存器

//reg:起始寄存器地址

//len：读寄存器的总个数

//*buf：存储内存起始指针

// 

// NOTE:经论坛网友反馈，这里连续读可能存在问题。看了下手册，每个字节循环读低效，而且MCU差异导致

// 延时可能造成时序问题。建议修改为CS拉低后,SPI 连续读出多个字节，全部读完后再拉高CS。由于现在

// 手里没6500硬件，不能做测试。如有网友验证ok，欢迎补充,告诉我一下。多谢！--2020.3.23

// 未测试代码：

/*

u8 mpu6500_Read_Len(u8 reg, u8 len,u8 *buf)

{ 

  u8 tmp=0;

mpu6500_CS_L;

SPI3_ReadWriteByte(reg|0x80);//r 最高位为1

while(len)

{

*buf=SPI3_ReadWriteByte(0x00);

len--;

buf++;

}

mpu6500_CS_H;

return tmp;

}

*/

u8 mpu6500_Read_Len(u8 reg, u8 len,u8 *buf)

{ 

  u8 tmp=0;

while(len)

{

mpu6500_CS_L;

SPI3_ReadWriteByte(reg|0x80);//r 最高位为1

*buf=SPI3_ReadWriteByte(0x00);

len--;

buf++;

reg++;

mpu6500_CS_H;

delay_us(5); //每读一个寄存器必须延迟一段时间。不能马上读下一个寄存器--yulong

}

return tmp;

}

//spi write a byte

u8 mpu6500_Write_Byte(u8 reg,u8 data)  

{ 

mpu6500_CS_L;

SPI3_ReadWriteByte(reg); //w 最高位为0

SPI3_ReadWriteByte(data);

mpu6500_CS_H;

}

//spi read a byte

u8 mpu6500_Read_Byte(u8 reg)

{

u8 tmp=0;

mpu6500_CS_L;

SPI3_ReadWriteByte(reg|0x80);//r 最高位为1

tmp=SPI3_ReadWriteByte(0xff);

mpu6500_CS_H;

return tmp;

}

四、测试验证

最后调试完成，用匿名上位机绘制原始波形如下图：