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MPU6500驅動調試筆記（STM32F407+SPI）

一、問題背景

本來最開始實驗室使用MPU6050晶片，采集陀螺儀原始資料做生理信号采集，但算法發現用IIC接口采樣率（200hz）達不到要求。故尋找同類型支援SPI協定的晶片去替代，發現了這塊MPU6500，還便宜，就用起來。在讀寫寄存器費了些周折（每讀一次資料寄存器需要短暫延時，不能spi連續讀。寫寄存器有100ms延時要求），算是記錄下吧

二、注意事項

NOTE: 1、由datasheet P16頁SPI時序圖得：CPOL=1，CPHA=1;（多謝網友指正頁碼）

     2、采樣頻率200hz，陀螺儀量程正負250dps，加速度量程正負2g，16bit輸出；

三、源代碼 

/*
******************************************************************
**  Filename :  mpu6500.C
**  Abstract :  mpu6500的spi驅動程式
**  Device   :  stm32f4xx
**  Compiler :  keil 5
**  By       :  yulong <[email protected]>
**  Date     :  2017-09-21 17:25:39
**  Changelog:1.首次建立
*******************************************************************
*/
#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腳g11
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = mpu6500_CS;
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通輸出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽輸出
    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 高電平，先不選中
    //其他公用SPI的器件，将片選拉高
    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輸出1,防止NRF幹擾SPI FLASH的通信 
    
    //mpu6500 DRDY腳
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = mpu6500_DRDY;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//普通輸入模式
    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);		//設定為42M時鐘,高速模式 

    //DRDY中斷接收初始化
    //EXTIX_Init();
}


//初始化MPU6500
//傳回值:0,成功
//    其他,錯誤代碼
u8 MPU6500_Init(void)
{ 
	u8 res, t=5;
	
	mpu6500_Init();//初始化spi總線.exit外部中斷
	
	mpu6500_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);	//複位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);					//陀螺儀傳感器,±250dps
		delay_ms(10);	//每寫一個寄存器注意延時！不然會有意想不到的錯誤lol --yulong
		MPU_Set_Accel_Fsr(0);					//加速度傳感器,±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引腳低電平有效,推完輸出
		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);	//設定CLKSEL,PLL X軸為參考
		delay_ms(10);
		mpu6500_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG, 0X00); //加速度與陀螺儀都工作
		delay_ms(10);
		MPU_Set_Rate(200);						//設定采樣率為200Hz
		delay_ms(10);
 	}
	else 
	{
		printf("ERROR! mpu6500_ADDR IS %x\n", mpu6500_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG));
		return 1; //錯誤退出
	}

	//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); //預設讀此寄存器能夠清此标志位.故循環查詢此寄存器即可
		//printf("int status:%x\n", res);
		delay_us(10);
		if(res == 0x01) //資料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];//三軸加速度
			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];//三軸角速度
			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]; //溫度資料
			Data_Send_Status(ACC_DATA, 0XF1, 7); //7通道資料，發送給匿名上位機波形顯示
			
			LED3_ON(); //open red led
		}
	}
	return 0;
}
//設定MPU6050陀螺儀傳感器滿量程範圍
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//傳回值:0,設定成功
//    其他,設定失敗 
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
	return mpu6500_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG, fsr<<3);//設定陀螺儀滿量程範圍  
}
//設定MPU6050加速度傳感器滿量程範圍
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//傳回值:0,設定成功
//    其他,設定失敗 
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
	return mpu6500_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG, fsr<<3);//設定加速度傳感器滿量程範圍  
}
//設定MPU6050的數字低通濾波器
//lpf:數字低通濾波頻率(Hz)
//傳回值:0,設定成功
//    其他,設定失敗 
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);//設定數字低通濾波器  
}
//設定MPU6050的采樣率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//傳回值:0,設定成功
//    其他,設定失敗 
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
	u8 data;
	if(rate>1000)rate=1000; //最大1khz采樣率
	if(rate<4)rate=4;
	data=1000/rate-1; //根據公式算出得
	data=mpu6500_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);	//設定采樣率
 	//return MPU_Set_LPF(rate/2);	//自動設定LPF為采樣率的一半
}

//
//同時讀多個寄存器
//reg:起始寄存器位址
//len：讀寄存器的總個數
//*buf：存儲記憶體起始指針
// 
// NOTE:經論壇網友回報，這裡連續讀可能存在問題。看了下手冊，每個位元組循環讀低效，而且MCU差異導緻
// 延時可能造成時序問題。建議修改為CS拉低後,SPI 連續讀出多個位元組，全部讀完後再拉高CS。由于現在
// 手裡沒6500硬體，不能做測試。如有網友驗證ok，歡迎告訴我一下。多謝！--2020.3.23
// 2020.8.20 驗證ok。
// 
u8 mpu6500_Read_Len(u8 reg, u8 len,u8 *buf)
{ 
 	u8 tmp=0;
	
	mpu6500_CS_L;
	SPI3_ReadWriteByte(reg|0x80);//r 最高位為1
	while(len)
	{
		*buf=SPI3_ReadWriteByte(0x00);
		len--;
		buf++;	
	}	
	mpu6500_CS_H;
	
	return tmp;
}

// Old read len func. deprecated
/*u8 mpu6500_Read_Len(u8 reg, u8 len,u8 *buf)
{ 
 	u8 tmp=0;
	
	while(len)
	{
		mpu6500_CS_L;
		SPI3_ReadWriteByte(reg|0x80);//r 最高位為1
		*buf=SPI3_ReadWriteByte(0x00);
		len--;
		buf++;
		reg++;
		mpu6500_CS_H;
		delay_us(5); //每讀一個寄存器必須延遲一段時間。不能馬上讀下一個寄存器--yulong
	}	
	return tmp;
}
*/


 
//spi write a byte
u8 mpu6500_Write_Byte(u8 reg,u8 data) 				 
{ 
	mpu6500_CS_L;
	SPI3_ReadWriteByte(reg); //w 最高位為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 最高位為1
	tmp=SPI3_ReadWriteByte(0xff);
	mpu6500_CS_H;
	return tmp;
}

四、測試驗證

最後調試完成，用匿名上位機繪制原始波形如下圖：

MPU6500驅動調試筆記（STM32F407+SPI）
傳感器驅動調試筆記 stm32 陀螺儀 加速度計 驅動 mpu6500
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