详解MPU6050,用STM32读取原始数据,并相互融合算出俯仰角、翻滚角、偏航角

详解MPU6050,用STM32读取原始数据，并相互融合算出俯仰角、翻滚角、偏航角MPU6050是什么？MPU6050是一个6轴运动处理组件，包含了3轴加速度和3轴陀螺仪。MPU-6000为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了人量的包装空间。MPU-6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端II连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP:DigitalMotionProcessor)硬件加速引擎，由主要I2C端II以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术LivenSeiise的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。MPU-6000的角速度全格感测范I判为±250、±500、±1000与±2000%“(dps),町准确追縱快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范I制为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。MPU-6000可在不同电压卞工作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%,逻辑接IIWDIO供电为1.8V±5%。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN),在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。加速度传感器是干嘛用的？总而言这，加速度传感器，其实是力传感器。用来检查上下左右前后哪几个面都受了多少力(包括重力)，然后计算角度。陀螺仪是干嘛用的？简而言之，陀螺仪就是角速度检测仪。比如，一块板，以X轴为轴心，在一秒钟的时间转到了90度，那么它在X轴上的角速度就是90度/秒(DPS,角速度单DegreePerSecond的缩写o/S,体现了转动的快慢)MPU6050分辨率是多少？3轴加速度和3轴陀螺仪分别用了3个16位的ADC,也就是说，加速度有3个16位ADC,其中每个轴使用了一个。也是说，每个轴输出的数据，是2T6也就是-32768--+32768。陀螺仪也是一样。单位换算上面说的-32768-+32768,那么这个数字到底代表了什么呢？比如陀螺仪32768到底是指角速度达到多少度/秒？这个其实是根据MPU6050设置的量程来决定的，量程不一样，32768代表的值就不一样。MPU6050的量程设置，在MPU6050::uutialize()(MPU6050.cpp库)初始化函数中进行了设置：setFullScaleGvroRange(MPU6050_GYRO_FS_250);setFullScaleAccelRange(MPU6050_ACCEL_FS_2);分别设置为，250度/秒，2g按陀螺仪来说，MPU6050有•四个量程可选：±250,±500,±1000,±2000度/s比方说，设置了是±250,那么-32768—-+32768就代表了-250—-+250。此时它的LSE(拉傻B,最低有效位)是131LSB/(度/s)STM32自带I2C,但一般有两个I2C1(PB6.PB7)和I2C2(PB10.PB11),而且,I2C分为硕件、和模拟。软件12c是程序员使用程序控制SCL,SDA线输出高低电平，模拟12c协议的时序.唤件12c程序员只要调用12c的控制函数即可，不用直接的去控制SCL,SDA高低电平的输出本模块采用的是IIC通信方式，所以我们只需要连接四跟线就可以完成电路的连接，简单方便！原始数据有：AX、AY、AZGX、GY、GZ简单的算法之后可以得到Rolbpitch,yaw参考MPU-6050数据手册引脚说明：引脚编号袖PU-6000MPU&060引脚名称描述1YYCLKIN可选的外部时钟输入，如果不用则连到GND6YYAUXDAI2C主串行数据，用于外接传感器7YYAUXCLI2C主串行时钟，用于外接传感器8Y/CSSPI片选(0=SPImode)8YVLOGIC数字I/O供电电压9YADO/SDOI2CSlave地址LSB(AD0)；SPI串行数据输岀(SDO)9YADOI2CSlave地址LSB(ADO)10YYREGOUT校准滤波电容连线11YYFSYNC帧同步数字输入12YYINT中断数字输出(推挽或开漏)13YYVDD电源电压及数字I/O供电电压18YYGND电源地19,21,22YYRESV预留，不接20YYCPOUT电荷泵电容连线23YSCL/SCLKI2C串行时钟(SCL)；SPI串行时钟(SCLK)23YSCLI2C串行时钟(SCL)24YSDA/SDII2C串行数据(SDA)；SPI串行数据输入(SDI)24YSDAI2C串行数据(SDA)2,3,4,5,14,15,16,17YYNC不接VDD供电电压为2・5V±5%、3・OV±5%、3・3V±5%；VDDIO为1.8V±5%内建振荡器在工作温度范用内仅有±1%频率变化。可选外部时钟输入32.768kHz或19.2NIHZ找出几个重要的寄存器：Register25一SampleRateDivider(SMPRT_DI\r)Type:Read/WriteRegister(Hex)Register(Decimal)Bh7BitGBh5Bit4Bit3Bit2BillBitO宀25SMPLRTDIV[70]SMPLRT.DIV8位无符号值，通过该值将陀螺仪输出分频，得到采样频率该寄存器指定陀螺仪输出率的分频，用来产生MPU-60X0的采样率。传感器寄存器的输出、FIFO输出、DMP采样和运动检测的都是基于该采样率。采样率的计算公式采样率=陀螺仪的输出率/(I+SMPLRT_DIV)当数字低通滤波器没有使能的时候，陀螺仪的输出平路等于8KH乙反之等于1KH乙Register26一Configuration(CONFIG)Type:Read/WriteRegister(Hex)Register(Decimal)Bit7Bh6Bk5Bit4Bh3Bit2Bit1BitO1A26■■EXT-SYNCSET[20]DLPFCFG[20]EXT_SYNC_SET3位无符号值，配置帧同步引脚的采样DLPF_CFG3位无符号值，配置数字低通滤波器该寄存器为陀螺仪和加速度计配置外部帧同步(FSYNC)引脚采样和数字低通滤波器(DLPF)。通过配置EXT_SYNC_SET,可以对连接到FSYNC引脚的一个外部信号进行采样。FSYNC引脚上的信号变化会被锁存，这样就能捕获到很短的频闪信号。采样结束后，锁存器将复位到当前的FSYNC信号状态。根据卞面的表格定义的值，采集到的数据会替换掉数据寄存器中上次接收到的有效数据EXT-SYNCSETFSYNCBitLocation0Inputdisabled1TEMPOUTL[0]2GYROXOUTL[0]3GYROYOUTL[0]4GYROZOUTL[0]5ACCELXOUTL[0]6ACCELYOUTL[0]7ACCELZOUTL[0]数字低通滤波器是由DLPF_CFG来配置，根据卞表中DLPF.CFG的值对加速度传感器和陀

螺仪滤波DLPF^CFGAccelerometer(Fs=1kHz)GyroscopeBandwidth(Hz)Delay(ms)Bandwidth(Hz)Delay(ms)Fs(kHz)026002560.98811842.01881.912943.0982.813444.9424.814218.5208.3151013.81013.416519.0518617RESERVEDRESERVED8Register27-GyroscopeConfiguration(GYRO_CONFIG)Type:Read/WriteRegister(Hex)RegisterJDecimal)Bh7Bh6BK5BK4Bh3BH2Bit1BitOIB27XGSTYGSTZG.STFSSIELg■■-XG_ST设置此位，X轴陀螺仪进行自我测试。YG_ST设置此位，Y轴陀螺仪进行自我测试。ZG_ST设置此位，Z轴陀螺仪进行自我测试。FS_SEL2位无符号值。选择陀螺仪的量程。这个寄存器是用来触发陀螺仪自检和配置陀螺仪的满量程范I制。陀螺仪自检允许用户测试陀螺仪的机械和电气部分,通过设置该寄存器的XG_ST、YG_ST和ZG_STbits可以激活陀螺仪对应轴的自检。每个轴的检测可以独立进行或同时进行。自检的响应=打开自检功能时的传感器输出-未启用自检功能时传感器的输出在NIPU-6000/MPU-6050数据手册的电气特性表中已经给出了每个轴的限制范I制。当自检的响应值在规定的范围内，就能够通过自检；反之，就不能通过自检。根据下表，FS_SEL选择陀螺仪输出的量程：FS-SELFullScaleRange0±250%1±5002±1000°/S3±2000°/sRegister28-AccelerometerConfiguiation(ACCEL_CONFIG)Type:Read/WriteRegister(Hex)Register(Decimal)Bh7Bit6Bit5BH4Bit3Bit2Bit1BitO1C28XASTYASTZASTAFSSEL[10]-XA_ST设置为1时，X轴加速度感应器进行自检。YA_ST设置为1时，Y轴加速度感应器进行自检。ZA_ST设置为1时，Z轴加速度感应器进行自检。AFS_SEL2位无符号值。选择加速度计的量程。具体细节和上面陀螺仪的相似。根据下表，AFS.SEL选择加速度传感器输出的量程。Registers59to64-AccelerometerMeasurements(ACCEL_XOUT_H,ACCEL_XOUT_L,ACCEL_YOUT_H,ACCEL_YOUT_L,ACCEL_ZOUT_H,andACCEL_ZOUT_L)Type:ReadOnlyRegister(Hex)Register(Decimal)Bit7Bit6BM5Bit4Bit3Bh2Bit1BitO3659ACCEL.XOUT[15:8]3C60ACCELXOUT[70]3061ACCEL.YOUT[15:8j3E62ACCEL^YOUT[70]3F63ACCEL.ZOUT(15:8]4064ACCEL.ZOUT"]ACCEL_XOUT16位2，s补码值。存储最近的X轴加速度感应器的测量值。ACCEL_YOUT16位2，s补码值。存储最近的Y轴加速度感应器的测量值。3)ACCEL_ZOUT16位2兮补码值。存储最近的Z轴加速度感应器的测量值。这些寄存器存储加速感应器最近的测量值。加速度传感器寄存器，连同温度传感器寄存器、陀螺仪传感器寄存器和外部感应数据寄存器，都由两部分寄存器组成(类似于STM32F10X系列中的影子寄存器)：一个内部寄存器，用户不可见。另一个用户可读的寄存器。内部寄存器中数据在采样的时候及时的到更新，仅在串行通信接II不忙碌时，才将内部寄存器中的值复制到用户可读的寄存器中去，避免了直接对感应测量值的突发访问。在寄存器28中定义了每个16位的加速度测量值的最大范围，对于设置的每个最人范围,都对应一个加速度的灵敏度ACCEL_xOUT,如下面的表中所示:AFSSELFullScaleRangeLSBSensitivity0±2g16384LSB/g1±4g8192LSB/g2士8g4096LSB/g3±l6g2048LSB®Registers65and66一TemperatuieMeasuiement(TEMP_OUT_HandTEMP_OUT_L)Type:ReadOnlyRegistec(Hex)Register(Decimal)Bi(7Bit6Bit5Bit4Bit3BH2Bit1BitO4165TEMP.OUT[15:8J4266TEMP.OUT卩幼1)TEMP_OUT16位有符号值。存储的最近温度传感器的测量值。Registers67to72一GyroscopeMeasuiements(GYRO_XOUT_H,GYRO_XOUT_L,GYRO_YOUT_H.GYRO_YOUT丄GYRO_ZOUT_H・andGYRO_ZOUT_L)Type:ReadOnlyRegister(Hex)Register(Decimal)Bit7 Bh6 Bit5 Bit4Bh3 Bit2 Bit1 BitO4367GYRO.XOU11158!4468GYROXOUT[70]4569GYRO.YOUT(15:8j4670GYROYOUT(70]4771GYRO^ZOUT(15:8]4872GYRO.ZOUT[70]这个和加速度感应器的寄存器相似对应的灵敏度:FSSELFullScaleRangeLSBSensitivity0±2507S131LSB/7S1±500°/S65.5LSB/2/S2土10007S32.8LSB/°/S3±20007s164LSB/°/sType:Read/WriteRegister(Hex)Register(Decimal)Bit7Bh6Bit5Bit4Bh3Bit2Bit1BitO68107DEVICE.RESETSLEEPCYCLE-TEMPOSCLKSCLRO]该寄存器允许用户配置电源模式和时钟源。它还提供了一个复位整个器件的位，和一个关闭温度传感器的位DEVICE_RESET置1后所有的寄存器复位，随后DE\1CE_RESET自动置0.SLEEP置1后进入睡眠模式3)CYCLE当CYCLE被设置为1,且SLEEP没有设置，MPU-60X0进入循坏模式，为了从速度传感器中获得采样值，在睡眠模式和正常数据采集模式之间切换，每次获得一个采样数据。在LP_WAKE_CTRL(108)寄存器中，可以设置唤醒后的采样率和被唤醒的频率。TEMP_DIS置1后关闭温度传感器CLKSEL指定设备的时钟源时钟源的选择：9)Register117-WhoAmI (WHO_AM_I)Type:ReadOnlyRegister(Hex)Register(Decimal)BH7.Bit6B4t5Bit4Bh3Bh2Brt1BitO75117•WHO.AM川6:1]■WHO_AM_I中的内容是MPU-60X0的6位I2C地址上电复位的第6位到第1位值为：110100为了让两个MPU-6050能够连接在一个I2C总线上，当AD0引脚逻辑低电平时，设备的地址是bl101000,当ADO引脚逻辑高电平时，设备的地址是bllOlOOl(2013.01.24)淘宝买的货终于到了，学习用所以没买好的，这个模块只要18块钱。MPU-6000可以使用SPI和I2C接口,而MPU-6050只能使用I2C,其中I2C的地址由ADO引脚决定;寄存器共117个，挺多的，卞面的是精简常用的，根据具体的要求，适当的添加。#defineSNIPLRT_DI\70x19〃采样率分频，典型值：0x07（125Hz）*/#defineCONFIGOxlA 〃低通滤波频率，肌型值：0x06（5Hz）*/^defineGYRO_CONFIGOxlB//陀螺仪自检及测量范吊1，典型值：0x18（不自检，2000deg/s）*/defineACCEL_CONF