MPU 6050簡介

什么是MPU6050？

MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6軸運動處理組件，內(nèi)帶3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，并且含有一個第二IIC接口，可用于連接外部磁力傳感器，利用自帶數(shù)字運動處理器（DMP：Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通過主IIC接口，可以向應(yīng)用端輸出完整的9軸姿態(tài)融合演算數(shù)據(jù)。

有了DMP，我們可以使用InvenSense公司提供的運動處理資料庫，非常方便的實現(xiàn)姿態(tài)解算，降低了運動處理運算對操作系統(tǒng)的負(fù)荷，同時大大降低了開發(fā)難度

u MPU6050的特點

1自帶數(shù)字運動處理（DMP：Digital Motion Processing）,可以輸出6軸或9軸（需外接磁傳感器）姿態(tài)解算數(shù)據(jù)。

2集成可程序控制，測量范圍為±250，±250，±500，±1000，±2000°/sec的3軸角速度傳感器（陀螺儀）。

3集成可程序控制，范圍為±2g, ±4g, ±8g, ±16g的3軸加速度傳感器。

4自帶數(shù)字溫度傳感器

5可輸出中斷（interrupt）,支持姿勢識別，搖攝，畫面放大縮小、滾動、快速下降中斷、high-G中斷、零動作感應(yīng)、觸擊感應(yīng)、搖動感應(yīng)功能

6自帶1024字節(jié)FIFO，有助于降低系統(tǒng)功耗

7高達(dá)400Khz的IIC通信接口

8超小封裝尺寸：4*4*0.9mm(QFN)

u MPU6050框圖

MPU 6050初始化

1初始化IIC接口

2復(fù)位MPU6050。由電源管理寄存器1（0X6B）控制

3設(shè)置角速度傳感器和加速度傳感器的滿量程范圍。由陀螺儀配置寄存器（0X1B）和加毒素傳感器配置寄存器（0X1C）設(shè)置。

4設(shè)置其他參數(shù)。配置中斷，由中斷使能寄存器（0X38）控制：設(shè)置AUX IIC接口，由用戶控制寄存器（0X6A）；設(shè)置FIFO，由FIFO使能寄存器（0X23）控制；陀螺儀采樣率，由采樣率分頻寄存器（0X19）控制；設(shè)置數(shù)字低通濾波器，由配置寄存器（0X1A）控制。

5設(shè)置系統(tǒng)時鐘。由電源管理寄存器1（0X6B）控制。一般選擇x軸陀螺PLL作為 時鐘源以獲得更高精度的時鐘。

6使能角速度傳感器（陀螺儀）和加速度傳感器。由電源管理寄存器2(0X6C)控制

初始化完成，即可讀取陀螺儀、加速度傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)了??！

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u 電源管理寄存器1（0X6B）

DEVICE_RESE=1,復(fù)位MPU6050，復(fù)位完成后，自動清零。

SLEEP=1，進(jìn)入睡眠模式；SLEEP=0，正常工作模式。

TEMP_DIS，用于設(shè)置是否使能溫度傳感器，設(shè)置為0，則使能。

CLKSEL[2:0],用于選擇系統(tǒng)時鐘源。

u 陀螺儀配置寄存器

????? 該寄存器我們只關(guān)心FS_SEL[1:0]這兩位，用于設(shè)置陀螺儀的滿量程范圍：0，±250°/S;1， ±500°/S;2，±1000°/S;3，±2000°/S;我們一般設(shè)置為3，即±2000°/S，因為陀螺儀的ADC為16位分辨率，所以得到靈敏度為：65536/4000=16.4LSB/(°/S)。

u 加速度傳感器配置寄存器（0X1C）

該寄存器我們只關(guān)心AFS_SEL[1:0]這兩位，用于設(shè)置加速度傳感器的滿量程范圍：0,±2g; 1,±4g; 2,±8g; 3,±16g;我們一般設(shè)置為0，即±2g，因為加速度傳感器的ADC也是16位，所以得到的靈敏度為：65536/4=16384LSB/g.

u FIFO使能寄存器（0X23）

????? 該寄存器用于控制FIFO使能，在簡單讀取傳感器數(shù)據(jù)的時候，可以不用FIFO，設(shè)置對應(yīng)位為：0，即可禁止FIFO,設(shè)置為1，則使能FIFO.

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注意：加速度傳感器的三個軸，全由1個位（ACCEL_FIFO_EN）控制，只要該位置1，則加速度傳感器的三個通道都開啟FIFO了。

u 陀螺儀采樣頻率分頻寄存器（0X19）

????? 該寄存器用于設(shè)置MPU6050的陀螺儀采樣頻率，計算公式為：

??????????? ????? 采樣頻率 = 陀螺儀輸出頻率/（1+SMPLRT_DIV）

????? 這里的陀螺儀輸出頻率，是1khz或者8Khz，與數(shù)字低通濾波器（DLPF）的設(shè)置有關(guān)，當(dāng)DLPF_CFG=0/7的時候，頻率為8khz，其他情況是1Khz.而且DLPF濾波頻率一般設(shè)置為采樣率的一半。采樣率，我們假定設(shè)置為50Hz,那么：SMPLRT_DIV=1000/50-1=19。

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u 配置寄存器

重點看數(shù)字低通濾波器（DLPF）的設(shè)置為，即：DLPF_CFG[2:0],加速度計和陀螺儀，都是根據(jù)這三個為的配置進(jìn)行過濾的，如下表：

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u 電源管理寄存器2（0X6C）

該寄存器的LP_WAKE_CTRL用于控制低功耗時的喚醒頻率，本例程用不到。剩下的6位，分別控制加速度和陀螺儀的x/y/z軸是否進(jìn)入待機模式，這里我們?nèi)慷疾贿M(jìn)入待機模式，所以全部設(shè)置為：0，即可。

u 加速度傳感器數(shù)據(jù)輸出寄存器（0X3B~0X40）

????? 加速度傳感器數(shù)據(jù)輸出寄存器總共由6個寄存器組成，輸出X/Y/Z三個軸的加速度傳感器值，高字節(jié)在前，低字節(jié)在后。

u 陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器（0X43~0X48）

????? 陀螺儀數(shù)據(jù)輸出寄存器總共由6個寄存器組成，輸出X/Y/Z三個軸的陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)，高字節(jié)在前，低字節(jié)在后。

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u 溫度傳感器數(shù)據(jù)輸出寄存器（0X41~0X42）

????? 通過讀取0X41(高8位)和0X42（低8位）寄存器得到，溫度換算公式為：

????? ?Temperature = 36.53 + regval/340

????? 其中，Temperature為計算得到的溫度值，單位為°C，regval為從0X41和0X42讀到的溫度傳感器值。

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DMP使用介紹

????? 通過前面的學(xué)習(xí)，我們可以正常讀取MPU6050的加速度傳感器、陀螺儀和溫度傳感器的數(shù)據(jù)，但是實際使用的時候（比如做四軸），我們更希望得到姿態(tài)數(shù)據(jù)，即歐拉角：航向角（yaw）,橫滾角（roll）,俯仰角（pitch）。

????? 要得到歐拉角數(shù)據(jù)，就要利用我們的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行姿態(tài)融合結(jié)算，這個比較復(fù)雜，知識點比較多，初學(xué)者不易掌握。而MPU6050自帶了數(shù)字運動處理器，即DMP。并且，InvenSense提供了一個MPU6050的嵌入式運動驅(qū)動庫，結(jié)合MPU6050的DMP，可以將我們的原始數(shù)據(jù)，直接轉(zhuǎn)換成四元數(shù)輸出，而得到四元數(shù)之后，就可以很方便的計算出歐拉角，從而得到y(tǒng)aw、roll、pitch。

????? 使用內(nèi)置的DMP，可以大大簡化代碼設(shè)計，MCU不用進(jìn)行姿態(tài)解算過程，大大降低了MCU的負(fù)擔(dān)，從而有更多的時間去處理其他事件，提高系統(tǒng)實時性。

InvenSense提供的MPU6050運動驅(qū)動庫是基于MSP430的，我們需要將其移植一下，才可以用到STM32上面。

Embedded_MotionDriver_5.1.rar

Embedded Motion Driver_5.1.1 API說明.pdf

Embedded Motion Driver_5.1.rar教程.pdf

官方DMP驅(qū)動庫移植，主要是實現(xiàn)這4個函數(shù)：

I2c_write、i2c_read、delay_ms、get_ms。移植后的驅(qū)動代碼如右圖：

DMP使用介紹

MPU6050 DMP輸出的是姿態(tài)結(jié)算后的四元數(shù)，采用q30格式，也就是放大了2的30次方，我們要得到歐拉角，就得做一個轉(zhuǎn)換，代碼如下：

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Quat[0]~quat[3]:是MPU6050的DMP解算后的四元數(shù)，q30格式。

q30:是一個常量：1073741824，即2的30次方。

57.3：是弧度轉(zhuǎn)換為角度，即180/Π棑，這樣的結(jié)果就是以度（°）為單位的。

MPU-6050模塊原理圖如下圖：

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源碼-6050驅(qū)動代碼

1、MPU6050IIC接口驅(qū)動代碼

2、MPU_Init函數(shù)

3、MPU_Get_Gyroscope函數(shù)

4、MPU_Get_Accelerometer函數(shù)

5、MPU_Get_Temperature函數(shù)

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DMP移植相關(guān)代碼

I2c_write、i2c_read、delay_ms、get_ms.

2、mpu_dmp_init函數(shù)

3、mpu_dmp_get_data函數(shù)

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