备赛电赛学习STM32（十四）：MPU6050

一、MPU6050的简介

• 6轴是3轴加速度+3轴角速度，9轴就是3轴加速度+3轴角速度+3轴磁场强度 ，10轴就是3轴加速度+3轴角速度+3轴磁场强度+气场强度
• 这么多的数据，经过融合之后可进一步得到姿态角或者叫欧拉角，以我们这个飞机为例，欧拉角就是飞机机身相对于初始三个轴的夹角，飞机下倾上仰，这个轴的夹角叫做俯仰，Pitch，飞机机身左翻转或者右翻转，这个轴的夹角叫做翻滚，Roll，飞机机身保持水平，机头向左转或向右转，这个夹角叫偏航，Yaw

加速度传感器：

• 三轴加速度计，简称Accel或Acc，或者A，作用：检测XYZ轴的加速度
• 加速度计具有静态稳定性，不具有动态稳定性，运动情况下会影响对姿态的判断

陀螺仪传感器：

• 简称Gyro，或G
• 作用：测量XYZ轴的角速度
• MPU6050得到的是角速度，通过积分可以得到角度，但是如果物体处于静态时，角速度值会因为噪声而无法归零，然后经过积分的不断累积就会导致计算出来的角度产生偏移
• 陀螺仪具有动态稳定性，不具有静态稳定性

二、MPU6050的参数

• 加速度计的量程要根据实际情况进行选择，量程越大，数值范围越大，量程越小，分辨率越高
• 在这款芯片里，可以配置寄存器来选择对输出数据进行低通滤波，如果你觉得数据抖动太厉害，就可以加一点低通滤波
• 时钟源经过这个分频器的分频可以为AD转换和内部其他电路提供时钟，控制分频系数就可以控制AD转换的快慢了
• MPU6050的丛机地址可以通过AD0来改变（【AD0=0】1101000,【AD0=1】1101001）
• MPU6050丛机地址转换为16进制有两种表示形式：第一种是直接转化，即低四位为一位十六进制数，高三位为一位十六进制数，以MPU6050为例为0X68,但是需要注意的是，在I2C通信时，起始条件后的一个字节最后一位为读写位，所以在传输的时候，要把0X68左移一位然后与读写位相或。第二种是把上述左移后的数作为丛机地址，也可以认为是把读写位融入到里面，0XD0为写地址，0XD1为读地址

三、硬件电路

• XCL和XDA作为拓展用，对于某些项目，6轴传感器不够用，需要通过XCL和XDA外接磁力计或者气压计，使之改变为九轴或十轴，当接上磁力计或气压计之后，MPU6050的主机接口就可以直接访问这些拓展芯片的数据，把这些拓展芯片的数据读取到MPU6050，在MPU6050里面有DMP单元，进行数据融合和姿态解算，当然如果你不需要MPU6050的结算功能的话，也可以把气压计和磁力计接到I2C总线上、
• AD0决定丛机地址的最低位，接低电平的话，7位丛机地址就是1101000，接高电平的话，7位丛机地址就是1101001
• INT，中断输出引脚，可以配置芯片内部的一些事件，来触发中断引脚的输出，比如数据准备好了，I2C主机错误
• 上面LDO部分是供电部分，因为MPU6050芯片VDD供电是2.375-3.46，属于3.3V供电，LDO1脚接3.3-5V，输出3.3V

四、MPU6050框图

• 芯片内部转换是全自动进行，配置好转换频率后直接读取即可
• 最左边的自测单元，当启动自测后，芯片内部会模拟一个外力事假在传感器上，这个外力会导致传感器的数值比平时大一些，自测过程：先使能自测，读取数据，再失能自测，读取数据，两个数据一相减得到的数据叫自测相应，这个自测相应，芯片手册给出了一个范围，如果自测相应在这个范围之内，就说明芯片没问题
• 右边就是寄存器和通信接口部分了，中断寄存器，可以配置控制内部那些事件到中断引脚的输出，FIFO是先入先出寄存器，可以对数据流进行缓存，配置寄存器可以对内部寄存器进行配置，传感器寄存器也就是数据寄存器，存储了各个传感器的数据

五、额外补充

5.1、MPU6050和MPU6000不同

5.2、绝对最大参数

 5.3、示例

5.4、可选的中断配置

 发生这些事件时，在INT引脚输出一个电平跳变，然后STM32可以通过外部中断来接收这个跳变

 5.5、比较重要的寄存器

这里四个寄存器依次是采样频率分频器，配置寄存器，陀螺仪配置寄存器，加速度计配置寄存器 （八位）

 包括加速度计XYZ轴数据，温度传感器，陀螺仪XYZ轴的数据，这里_L代表低八位，_H代表高八位（都是八位）

电源管理寄存器1和电源管理寄存器2，WHO_AM_I是器件ID号 

5.5.1、采样频率分频器

里面的8位为一个整体，作为分频值，这个寄存器可以配置采样频率的分频系数，分频越小，内部AD转换越快，数据寄存器刷新越快

公式：采样频率 = 陀螺仪输出时钟频率/(1+分频值) 

下面注意事项写的是，不使用低通滤波器时，陀螺仪时钟为8KHZ，使用滤波器，时钟就是1KHZ

5.5.2、配置寄存器 

配置寄存器内部有两部分，外部同步设置和低通滤波器配置，外部同步可以不看，，配置低通滤波器，配置这些位可以选择这里的各种滤波参数，这个低通滤波器可以使输出数据更加平滑，配置滤波器参数越大，输出数据抖动越小， 

 5.5.3、陀螺仪配置寄存器

高3位是XYZ轴的自测使能位，中间两位是满量程选择位，后面3位没有用到

公式：自测响应 = 自测使能时的数据 - 自测失能时的数据

我们上电后，先使能自测，读取数据，再失能自测，读取数据，两者相减，得到自测相应

上图为自测范围 

5.5.3、加速度计配置寄存器

 高3位是自测使能位，中间两位是满量程选择位，后面3位配置高通滤波器的，高通滤波器是MPU6050内置小功能的（运动检测等）

其他描述和陀螺仪配置寄存器一致

5.5.4、加速度计数据寄存器

 我们想要读取数据的话直接读取数据寄存器，这是一个16位的有符号数，以二进制补码方式储存，我们读出高八位和低八位，高八位左移八位或上低八位的数最后存在一个int16_t的变量里

5.5.5、温度传感器数据

同加速度计数据寄存器

5.5.6、陀螺仪数据寄存器 

 同加速度计数据寄存器

5.5.7、电源管理寄存器1

Bit7，设备复位，这一位写1 ，所有寄存器都恢复到默认值

Bit6，睡眠模式，这一位写1，芯片不工作，进入低功耗

Bit5，循环模式，这一位写1，设备进入低功耗，过一段时间启动一次，并且唤醒的频率由下一个寄存器（电源管理寄存器2）的Bit7Bit6决定

Bit3，温度传感器失能，写1之后，禁用内部的温度传感器

Bit2——Bit0，用来选择系统时钟来源，下面的表，分别是内部晶振，XYZ轴陀螺仪晶振，外部引脚的两个方波，一般我们选择内部晶振或者陀螺仪晶振,强烈建议选择陀螺仪的晶振，因为其更加准确

5.5.8、电源管理寄存器2

 Bit7Bit6，控制循环模式唤醒的频率

 Bit5—— Bit0，控制6个轴进入待机模式，如果你只需要部分轴的数据，可以让其他轴待机

 5.5.9、ID号

 只读注，AD0不能改变其中数值

5.5.10、注意

所有寄存器上电都默认为0，处除了上面那两个，一个上面一个是电源管理寄存器1，默认为睡眠模式，使用芯片前要先解除睡眠，后面那个是ID号