STC8H开发(七): I2C驱动MPU6050三轴加速度+三轴角速度检测模块
目录
- STC8H开发(一): 在Keil5中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
- STC8H开发(二): 在Linux VSCode中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
- STC8H开发(三): 基于FwLib_STC8的模数转换ADC介绍和演示用例说明
- STC8H开发(四): FwLib_STC8 封装库的介绍和使用注意事项
- STC8H开发(五): SPI驱动nRF24L01无线模块
- STC8H开发(六): SPI驱动ADXL345三轴加速度检测模块
- STC8H开发(七): I2C驱动MPU6050三轴加速度+三轴角速度检测模块
MPU-6050
MPU-6050是InvenSense生产的六轴运动跟踪芯片, 芯片尺寸4×4×0.9mm, QFN封装. 整合了三轴陀螺仪, 三轴加速度计, 片内温度传感器和数字运动处理器(DMP), 可以使用I2C接口外接三轴电子罗盘的输入，提供完整的九轴运动融合输出.
MPU-6050包含6个16位ADC, 3个用于陀螺仪输出, 3个用于加速度计输出. 用户可以设置的陀螺仪满量程范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps), 可设置的加速度计满量程范围为±2g, ±4g, ±8g和±16g. 通信使用 400kHz的 I2C接口或 1MHz的 SPI接口(SPI仅MPU-6000可用).
模块与STC8H的接线
市面上的模块, 一般是8个pin脚, 如果只是获取6轴采样和温度, 与STC8H只需要连接4根线
P32 -> SCL
P33 -> SDA
GND -> GND
3.3V -> VCC
未连接的其它4个pin分别是
- XDA和XCL: I2C主设备接口, 用于外接I2C从设备,
- AD0: I2C从设备地址LSB
- INT: 中断输出
模块与STC8H的通信
I2C频率最高为400KHz, STC8H的设置如下, 其中I2C功能复用选择的是P32/P33, 如果换到其它复用脚需要相应调整
void I2C_Init(void)
{
// 主节点模式
I2C_SetWorkMode(I2C_WorkMode_Master);
/**
* I2C 时钟 = SYSCLK / 2 / (__prescaler__ * 2 + 4)
* MPU6050 works with i2c clock up to 400KHz
*
* 44.2368 / 2 / (26 * 2 + 4) = 0.39 MHz
*/
I2C_SetClockPrescaler(0x1A);
// 复用口选择
I2C_SetPort(I2C_AlterPort_P32_P33);
// 启动 I2C
I2C_SetEnabled(HAL_State_ON);
}
与MPU6050的通信可以直接使用SDK中的I2C读写方法, 需要注意的几点
- 一次性读出的双字节结果, 如果直接转uint16_t, 其高字节和低字节位置是相反的, 需要调换后再转换
- 可以一次性读出6轴+温度数据
uint16_t swap(uint16_t num)
{
return (num >> 8) | (num << 8);
}
void MPU6050_Write(uint8_t addr, uint8_t dat)
{
I2C_Write(MPU6050_ADDR, addr, &dat, 1);
}
uint8_t MPU6050_Read(uint8_t addr)
{
uint8_t ret;
I2C_Read(MPU6050_ADDR, addr, &ret, 1);
return ret;
}
// 读取16位数据
uint16_t MPU6050_ReadInt(uint8_t addr)
{
uint16_t ret;
I2C_Read(MPU6050_ADDR, addr, (uint8_t *)&ret, 2);
return swap(ret); // swap high/low bits for correct order
}
// 一次性读取7个16位数据
void MPU6050_ReadAll(uint16_t *buf)
{
uint8_t i;
I2C_Read(MPU6050_ADDR, MPU6050_REG_ACCEL_XOUT_H, (uint8_t *)buf, 14);
for (i = 0; i < 7; i++)
{
*(buf + i) = swap(*(buf + i));
}
}
主要的寄存器设置
几个可能会用到的寄存器说明
电源管理寄存器 0x6B 和 0x6C
这两个寄存器控制了MPU6050的工作模式: 睡眠模式(Sleep), 节电模式(Cycle)和正常工作模式
- 睡眠模式: 0x6B 的第六位置1开启, 睡眠模式下可以通信, 但是所有的检测转换都是停止的, 结果读取的值都是0
- 节电模式: 是一种睡眠和正常交替的模式, MPU6050每隔一段时间做一次检测转换, 其余时间都处在睡眠状态
- 进入节电模式, 需要将sleep位置0, cycle位置1, 禁止温度采样位置1, STBY_XG, STBY_YG, STBY_ZG置1
- 节点模式下的采样频率可以设置为 1.25Hz, 5Hz, 20Hz, 40Hz
- 正常模式: 正常模式按设置进行正常的检测和转换
在 0x6C 中, 还可以指定六个检测轴中的哪些轴暂停检测
采样速率寄存器 0x19
这个寄存器用于设置陀螺仪输出速率分频系数, 采样速率通过陀螺仪输出速率除以此寄存器的值产生:
采样速率 = 陀螺仪输出速率 / (1 + SMPLRT_DIV)
其中, 禁用DLPF(低通过滤)时陀螺仪输出速率为8KHz(DLPF_CFG = 0 or 7), 当启用DLPF时为1KHz.
配置寄存器 0x1A
这个寄存器用于设置外部帧同步(FSYNC)引脚采样和数字陀螺仪和加速度计的低通滤波器(DLPF). 连接到FSYNC引脚的外部信号可以通过配置EXT_SYNC_SET来采样, FSYNC引脚的信号变化被锁存, 以便捕捉信号, FSYNC信号将以寄存器0x19中定义的采样速率进行采样。采样后锁存器将复位到当前的FSYNC信号状态.
- 位3,4,5: 设置FSYNC位的位置
- 位0,1,2: 取值0 - 6, 设置DLPF, 数字越大延迟越大.
角速度检测(陀螺仪)配置寄存器 0x1B
这个寄存器用于设置角速度三轴的自检和满刻度范围
加速度检测配置寄存器 0x1C
这个寄存器用于设置加速度三轴的自检和满刻度范围
模块的中断类型及设置
中断功能通过中断配置寄存器进行配置。 可配置的项目包括INT引脚配置，中断锁存和清除方法以及中断触发器。 可触发中断的项目有：
- 时钟发生器锁定到新的参考振荡器(用于切换时钟源)
- 可以读取新数据(来自FIFO和数据寄存器)
- 加速度计事件中断
- MPU-6050 没有收到辅助传感器的确认I2C总线
中断状态可以从中断状态寄存器读取。
检测数据
MPU6050在检测过程中, 根据采样速率不断输出六轴加温度的检测值, 如果设置的满刻度范围较大, 则测量输出的数字较小, 灵敏度较低, 要增加灵敏度可以调小满刻度范围. 相比较 ADXL345, MPU6050更适合运动中的物体检测, 能检测到更准确的运动中物体姿态变化, 同样的, 如果没有接入电子罗盘(磁强计), 只能得到俯仰角和横滚角数据, 不能得到航向角数据.
演示代码
演示代码以100ms的时间间隔, 不断读取7个检测数据并通过UART1串口输出, 接线正确的话, 可以通过串口软件观察到模块运动带来的检测值变化
- GitHub FwLib_STC8/tree/master/demo/i2c/mpu6050
- Gitee FwLib_STC8/tree/master/demo/i2c/mpu6050