MPU6050 是 InvenSense 公司推出的整合性 6 轴运动处理组件,其内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器,并且含有一个IIC 接口, 可用于连接外部磁力传感器,并利用自带的数字运动处理器(DMP: Digital Motion Processor) 硬件加速引擎,通过主 IIC 接口,向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。
InvenSense 公司提供了一套基于DMP的运动处理驱动库,可大大降低单片机对动处理运算的负荷,同时也大大降低了编程难度。该模块广泛运用于飞控、计步等电子产品中。
一、模块来源
二、规格参数
工作电压:3-5V(模块带有LDO)
工作电流:5MA
通信接口:IIC
以上信息见厂家资料文件
三、移植过程
我们的目标是将例程移植至MSPM0G3507开发板上【获取当前传感器的偏移角度功能】。首先要获取资料,查看数据手册应如何实现读取数据,再移植至我们的工程。
1、查看资料
【 1 】 复位MPU6050,让MPU6050内部的所有寄存器恢复默认值(向0X6B写入0x80)
【 2 】 设置电源管理寄存器位0x00,以唤醒MPU6050,进入正常工作状态(向0x6B写入0x00)
【 3 】 陀螺仪配置寄存器(0x1B)设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围,这里选择正负2000dps
【 4 】 加速度传感器配置寄存器(0x1C)这里选择正负2g
【 5 】 陀螺仪采样率,由采样率分频寄存器(0x19)控制;这里设置为50hz即输出频率=1KHz,SMPLRT_DIV=19
【 6 】 设置MPU6050的数字低通滤波器,因为配置为50hz,找一个接近值,所以配置为0x03,42hz
【 7 】 设置PLL,一般选择x轴陀螺PLL作为时钟源,以获得更高精度的时钟。(向0X6B写入0x01)
【 8 】 设置加速度与陀螺仪都工作(向0X6C写入0x00)
这里还有一个寄存器可以用来检测是否有mpu6050(当AD0接地时,向0x75读取数据则返回0x68;当AD0接VCC时,向0x75读取数据则返回0x69)
以上是初始化的部分,初始化完成之后开始读取数据。
读取温度的地址
读取陀螺仪测量值(原始值)分别有X/Y/Z轴的数据
读取加速度计测量值(原始值)分别有X/Y/Z轴的数据
2、引脚选择
3、移植至工程
接下来我们配置 SYSCONFIG
- 双击 empty.syscfg 文件,打开它。
- 在 empty.syscfg 文件界面点击 Tools,然后点击 SYSCONFIG 工具。
- 点击 ADD 添加配置
- 添加配置【根据下方图片进行添加】【添加2个GPIO配置】
点击添加GPIO配置:
- 点击保存
WARNING
出现只要出现下面的框就一定要选择:Yes to All
- 然后点击编译(可能会报错,我们不用管!)
- 然后我们所有设定的引脚和功能就会在 ti_msp_dl_config.h 中定义。因为这个文件我们包含进了 board.h 所以我们只需要引用 board.h 即可。【这里的 board.h 就充当了芯片头文件的作用】
移植步骤中的导入.c和.h文件与传感器章节的【DHT11温湿度传感器】相同,只是将.c和.h文件更改为bsp_mpu6050.c与bsp_mpu6050.h。这里不再过多讲述,移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_mpu6050.c中,编写如下代码。
/*
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* 开发板官网:www.lckfb.com
* 技术支持常驻论坛,任何技术问题欢迎随时交流学习
* 立创论坛:https://oshwhub.com/forum
* 关注bilibili账号:【立创开发板】,掌握我们的最新动态!
* 不靠卖板赚钱,以培养中国工程师为己任
* Change Logs:
* Date Author Notes
* 2024-07-01 LCKFB-LP first version
*/
#include "bsp_mpu6050.h"
#include "stdio.h"
/******************************************************************
* 函 数 名 称:IIC_Start
* 函 数 说 明:IIC起始时序
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT();
SCL(1);
SDA(0);
SDA(1);
delay_us(5);
SDA(0);
delay_us(5);
SCL(0);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:IIC_Stop
* 函 数 说 明:IIC停止信号
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
SCL(0);
SDA(0);
SCL(1);
delay_us(5);
SDA(1);
delay_us(5);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:IIC_Send_Ack
* 函 数 说 明:主机发送应答或者非应答信号
* 函 数 形 参:0发送应答 1发送非应答
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
SDA_OUT();
SCL(0);
SDA(0);
delay_us(5);
if(!ack) SDA(0);
else SDA(1);
SCL(1);
delay_us(5);
SCL(0);
SDA(1);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:I2C_WaitAck
* 函 数 说 明:等待从机应答
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:0有应答 1超时无应答
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{
char ack = 0;
unsigned char ack_flag = 10;
SCL(0);
SDA(1);
SDA_IN();
SCL(1);
while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
{
ack_flag--;
delay_us(5);
}
if( ack_flag <= 0 )
{
IIC_Stop();
return 1;
}
else
{
SCL(0);
SDA_OUT();
}
return ack;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:Send_Byte
* 函 数 说 明:写入一个字节
* 函 数 形 参:dat要写人的数据
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
int i = 0;
SDA_OUT();
SCL(0);//拉低时钟开始数据传输
for( i = 0; i < 8; i++ )
{
SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
delay_us(1);
SCL(1);
delay_us(5);
SCL(0);
delay_us(5);
dat<<=1;
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:Read_Byte
* 函 数 说 明:IIC读时序
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:读到的数据
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
SCL(0);
delay_us(5);
SCL(1);
delay_us(5);
receive<<=1;
if( SDA_GET() )
{
receive|=1;
}
delay_us(5);
}
SCL(0);
return receive;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050_WriteReg
* 函 数 说 明:IIC连续写入数据
* 函 数 形 参:addr器件地址 regaddr寄存器地址 num要写入的长度 regdata写入的数据地址
* 函 数 返 回:0=读取成功 其他=读取失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
char MPU6050_WriteReg(uint8_t addr,uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t *regdata)
{
uint16_t i = 0;
IIC_Start();
Send_Byte((addr<<1)|0);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return 1;}
Send_Byte(regaddr);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return 2;}
for(i=0;i<num;i++)
{
Send_Byte(regdata[i]);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return (3+i);}
}
IIC_Stop();
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050_ReadData
* 函 数 说 明:IIC连续读取数据
* 函 数 形 参:addr器件地址 regaddr寄存器地址 num要读取的长度 Read读取到的数据要存储的地址
* 函 数 返 回:0=读取成功 其他=读取失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
char MPU6050_ReadData(uint8_t addr, uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t* Read)
{
uint8_t i;
IIC_Start();
Send_Byte((addr<<1)|0);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return 1;}
Send_Byte(regaddr);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return 2;}
IIC_Start();
Send_Byte((addr<<1)|1);
if( I2C_WaitAck() == 1 ) {IIC_Stop();return 3;}
for(i=0;i<(num-1);i++){
Read[i]=Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
}
Read[i]=Read_Byte();
IIC_Send_Ack(1);
IIC_Stop();
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU_Set_Gyro_Fsr
* 函 数 说 明:设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围
* 函 数 形 参:fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
* 函 数 返 回:0,设置成功 其他,设置失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr(uint8_t fsr)
{
return MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_GYRO_CFG_REG,1,(uint8_t*)(fsr<<3)); //设置陀螺仪满量程范围
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU_Set_Accel_Fsr
* 函 数 说 明:设置MPU6050加速度传感器满量程范围
* 函 数 形 参:fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
* 函 数 返 回:0,设置成功 其他,设置失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr(uint8_t fsr)
{
return MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_ACCEL_CFG_REG,1,(uint8_t*)(fsr<<3)); //设置加速度传感器满量程范围
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU_Set_LPF
* 函 数 说 明:设置MPU6050的数字低通滤波器
* 函 数 形 参:lpf:数字低通滤波频率(Hz)
* 函 数 返 回:0,设置成功 其他,设置失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
uint8_t MPU_Set_LPF(uint16_t lpf)
{
uint8_t 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 data=MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_CFG_REG,1,&data);//设置数字低通滤波器
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU_Set_Rate
* 函 数 说 明:设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)
* 函 数 形 参:rate:4~1000(Hz) 初始化中rate取50
* 函 数 返 回:0,设置成功 其他,设置失败
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
uint8_t MPU_Set_Rate(uint16_t rate)
{
uint8_t data;
if(rate>1000)rate=1000;
if(rate<4)rate=4;
data=1000/rate-1;
data=MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_SAMPLE_RATE_REG,1,&data); //设置数字低通滤波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050ReadGyro
* 函 数 说 明:读取陀螺仪数据
* 函 数 形 参:陀螺仪数据存储地址
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void MPU6050ReadGyro(short *gyroData)
{
uint8_t buf[6];
uint8_t reg = 0;
//MPU6050_GYRO_OUT = MPU6050陀螺仪数据寄存器地址
//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。
//每一个轴16位,按顺序为xyz
reg = MPU6050_ReadData(0x68,MPU6050_GYRO_OUT,6,buf);
if( reg == 0 )
{
gyroData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];
gyroData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];
gyroData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050ReadAcc
* 函 数 说 明:读取加速度数据
* 函 数 形 参:加速度数据存储地址
* 函 数 返 回:无
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
void MPU6050ReadAcc(short *accData)
{
uint8_t buf[6];
uint8_t reg = 0;
//MPU6050_ACC_OUT = MPU6050加速度数据寄存器地址
//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。
reg = MPU6050_ReadData(0x68, MPU6050_ACC_OUT, 6, buf);
if( reg == 0)
{
accData[0] = (buf[0] << 8) | buf[1];
accData[1] = (buf[2] << 8) | buf[3];
accData[2] = (buf[4] << 8) | buf[5];
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050_GetTemp
* 函 数 说 明:读取MPU6050上的温度
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:温度值单位为℃
* 作 者:LC
* 备 注:温度换算公式为:Temperature = 36.53 + regval/340
******************************************************************/
float MPU6050_GetTemp(void)
{
short temp3;
uint8_t buf[2];
float Temperature = 0;
MPU6050_ReadData(0x68,MPU6050_RA_TEMP_OUT_H,2,buf);
temp3= (buf[0] << 8) | buf[1];
Temperature=((double) temp3/340.0)+36.53;
return Temperature;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050ReadID
* 函 数 说 明:读取MPU6050的器件地址
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:0=检测不到MPU6050 1=能检测到MPU6050
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
uint8_t MPU6050ReadID(void)
{
unsigned char Re[2] = {0};
//器件ID寄存器 = 0x75
printf("mpu=%d\r\n",MPU6050_ReadData(0x68,0X75,1,Re)); //读器件地址
if (Re[0] != 0x68)
{
printf("检测不到 MPU6050 模块");
return 1;
}
else
{
printf("MPU6050 ID = %x\r\n",Re[0]);
return 0;
}
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称:MPU6050_Init
* 函 数 说 明:MPU6050初始化
* 函 数 形 参:无
* 函 数 返 回:0成功 1没有检测到MPU6050
* 作 者:LC
* 备 注:无
******************************************************************/
char MPU6050_Init(void)
{
SDA_OUT();
delay_ms(10);
//复位6050
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 1,(uint8_t*)(0x80));
delay_ms(100);
//电源管理寄存器
//选择X轴陀螺作为参考PLL的时钟源,设置CLKSEL=001
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1,1, (uint8_t*)(0x00));
MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺仪传感器,±2000dps
MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度传感器,±2g
MPU_Set_Rate(50);
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_INT_EN_REG , 1,(uint8_t*)0x00); //关闭所有中断
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_USER_CTRL_REG,1,(uint8_t*)0x00); //I2C主模式关闭
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_FIFO_EN_REG,1,(uint8_t*)0x00); //关闭FIFO
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_INTBP_CFG_REG,1,(uint8_t*)0X80); //INT引脚低电平有效
if( MPU6050ReadID() == 0 )//检查是否有6050
{
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 1,(uint8_t*)0x01);//设置CLKSEL,PLL X轴为参考
MPU6050_WriteReg(0x68,MPU_PWR_MGMT2_REG, 1,(uint8_t*)0x00);//加速度与陀螺仪都工作
MPU_Set_Rate(50);
return 1;
}
return 0;
}
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在文件bsp_mpu6050.h中,编写如下代码。
/*
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* 2024-07-01 LCKFB-LP first version
*/
#ifndef _BSP_MPU6050_H_
#define _BSP_MPU6050_H_
#include "board.h"
//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT() { \
DL_GPIO_initDigitalOutput(GPIO_SDA_IOMUX); \
DL_GPIO_setPins(GPIO_PORT, GPIO_SDA_PIN); \
DL_GPIO_enableOutput(GPIO_PORT, GPIO_SDA_PIN); \
}
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN() { DL_GPIO_initDigitalInput(GPIO_SDA_IOMUX); }
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET() ( ( ( DL_GPIO_readPins(GPIO_PORT,GPIO_SDA_PIN) & GPIO_SDA_PIN ) > 0 ) ? 1 : 0 )
//SDA与SCL输出
#define SDA(x) ( (x) ? (DL_GPIO_setPins(GPIO_PORT,GPIO_SDA_PIN)) : (DL_GPIO_clearPins(GPIO_PORT,GPIO_SDA_PIN)) )
#define SCL(x) ( (x) ? (DL_GPIO_setPins(GPIO_PORT,GPIO_SCL_PIN)) : (DL_GPIO_clearPins(GPIO_PORT,GPIO_SCL_PIN)) )
//MPU6050的AD0是IIC地址引脚,接地则IIC地址为0x68,接VCC则IIC地址为0x69
#define MPU6050_RA_SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺仪采样率 地址
#define MPU6050_RA_CONFIG 0x1A //设置数字低通滤波器 地址
#define MPU6050_RA_GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺仪配置寄存器
#define MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG 0x1C //加速度传感器配置寄存器
#define MPU_INT_EN_REG 0X38 //中断使能寄存器
#define MPU_USER_CTRL_REG 0X6A //用户控制寄存器
#define MPU_FIFO_EN_REG 0X23 //FIFO使能寄存器
#define MPU_PWR_MGMT2_REG 0X6C //电源管理寄存器2
#define MPU_GYRO_CFG_REG 0X1B //陀螺仪配置寄存器
#define MPU_ACCEL_CFG_REG 0X1C //加速度计配置寄存器
#define MPU_CFG_REG 0X1A //配置寄存器
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG 0X19 //采样频率分频器
#define MPU_INTBP_CFG_REG 0X37 //中断/旁路设置寄存器
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_1 0x6B
#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_2 0x6C
#define MPU6050_WHO_AM_I 0x75
#define MPU6050_SMPLRT_DIV 0 //8000Hz
#define MPU6050_DLPF_CFG 0
#define MPU6050_GYRO_OUT 0x43 //MPU6050陀螺仪数据寄存器地址
#define MPU6050_ACC_OUT 0x3B //MPU6050加速度数据寄存器地址
#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_H 0x41 //温度高位
#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_L 0x42 //温度低位
#define MPU_ACCEL_XOUTH_REG 0X3B //加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTL_REG 0X3C //加速度值,X轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTH_REG 0X3D //加速度值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTL_REG 0X3E //加速度值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTH_REG 0X3F //加速度值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTL_REG 0X40 //加速度值,Z轴低8位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTH_REG 0X41 //温度值高八位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTL_REG 0X42 //温度值低8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTH_REG 0X43 //陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTL_REG 0X44 //陀螺仪值,X轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTH_REG 0X45 //陀螺仪值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTL_REG 0X46 //陀螺仪值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTH_REG 0X47 //陀螺仪值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTL_REG 0X48 //陀螺仪值,Z轴低8位寄存器
char MPU6050_WriteReg(uint8_t addr,uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t *regdata);
char MPU6050_ReadData(uint8_t addr, uint8_t regaddr,uint8_t num,uint8_t* Read);
char MPU6050_Init(void);
void MPU6050ReadGyro(short *gyroData);
void MPU6050ReadAcc(short *accData);
float MPU6050_GetTemp(void);
uint8_t MPU6050ReadID(void);
#endif
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移植完成以上文件后,只是完成了获取陀螺仪和加速度的原始数据,我们是希望获取到角度数据。
因为MPU6050内部带有DMP处理单元,加上官方提供了比较完整的运动处理驱动库,大大降低了我们的编程和对数据的处理难度。我们可以将各个运动的参数计算,如旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据,通过调用运动处理驱动库函数,直接读取出数据来。
这里提供官方的运动处理驱动库,分别需要用到“inv_mpu.h”、“inv_mpu.c”、“dmpKey.h”、“dmpmap.h“、“inv_mpu_dmp_motion_driver.h”、“inv_mpu_dmp_motion_driver.c”等六个文件。已经移植完成并适配开发板的官方库文件,见下方的文件下载。
注意!!!
eMPL.zip文件在最后面的百度网盘链接工程中,需要的可以从百度网盘中下载,然后直接解压的工程,在BSP文件夹中Copy!!
然后我们导入工程:
四、移植验证
在empty.c中输入代码如下:
#include "board.h"
#include <stdio.h>
#include "bsp_mpu6050.h"
#include "inv_mpu.h"
int main(void)
{
//开发板初始化
board_init();
MPU6050_Init();
uint8_t ret = 1;
float pitch=0,roll=0,yaw=0; //欧拉角
printf("start\r\n");
//DMP初始化
while( mpu_dmp_init() )
{
printf("dmp error\r\n");
delay_ms(200);
}
printf("Initialization Data Succeed \r\n");
while(1)
{
//获取欧拉角
if( mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw) == 0 )
{
printf("\r\npitch =%d\r\n", (int)pitch);
printf("\r\nroll =%d\r\n", (int)roll);
printf("\r\nyaw =%d\r\n", (int)yaw);
}
delay_ms(20);//根据设置的采样率,不可设置延时过大
}
}
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上电效果:串口输出偏航角、俯仰角、翻滚角。
移植成功案例代码下载链接: