STM32学习笔记（10_2）- I2C通信协议MPU6050简介

本文主要是介绍STM32学习笔记（10_2）- I2C通信协议MPU6050简介，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

本期开始学习 I2C通信，会分两大块来介绍，第一块，就是介绍协议规则，然后用软件模拟的形式来实现协议；第二块，就是介绍STM32的 I2C外设，然后用硬件来实现协议。

I2C：高位先行，只有在SCL高电平时才会读取SDA的电平

MPU6050的读地址是0xD1，写地址是0xD0

上一期我们介绍通过I2C实现指定地址写和指定地址读的逻辑，即使这个外挂芯片的各种寄存器不在STM32内部，仍能通过通信协议实现读写外挂芯片寄存器的功能。

本期的内容其实就是对MPU6050芯片内部的寄存器进行读写，写入到配置寄存器，就可以对外挂的这个模块进行配置；读出数据寄存器，就可以获取外挂模块的数据。最终，我们读出的数据会显示在这个OLED上。而STM32对MPU6050的读写是通过I2C来进行的。

MPU6050简介

D:\software\STM32入门教程资料\模块资料(1)\模块资料\13-MPU6050 陀螺仪加速度计

里有一个是PS-MPU-6000A，是产品说明书；另一个是RM，寄存器映像。

MPU6050加速度的三轴和加速度的三轴加起来总共就是6个轴，所以这个芯片是6轴姿态传感器。当然如果芯片里再集成一个3轴的磁场传感器，测量XYZ轴的磁场强度，那就叫作9轴姿态传感器。如果再集成一个气压传感器，测量气压大小，从而判断海拔高度，便是10轴姿态传感器。

姿态角也叫欧拉角。以下图的飞机为例，欧拉角就是飞机机身相对于初始3个轴的夹角，飞机机头下倾或者上仰，这个轴的夹角叫作俯仰，Pitch。飞机机身左翻滚或者右翻滚，这个轴的夹角叫作滚转，Roll。飞机机身保持水平，机头向左转向或者向右转向，这个轴的夹角叫作偏航，Yaw。简单来说，欧拉角就表达了飞机此时的姿态，飞机是上仰了还是下倾了，飞机向左倾斜还是向右倾斜了，通过欧拉角都能清晰地表示出来。常见的数据融合算法，一般有互补滤波、卡尔曼滤波等。

可以把MPU6050看成六个测力的秤，组成一个正方体，中心有个单位质量的小球。小球压在哪一个面上，就会有对应的数据输出。比如你把芯片静置水平放在地球上，那就只有底面测力计受到小球的压力，所以此时数据输出就是XY轴输出为0，Z轴输出1个g的加速度值。加速度计具有静态稳定性，不具有动态稳定性，因为物体运动时这个角度会受运动加速度的影响而变得不准确。

可以把陀螺仪看成是游乐园的旋转飞椅模型，中间的轴转的越快，这个椅子飞的就越远，最终我们测量一下对向两个椅子飞起来的距离或飞起来的夹角，就能得到中间轴的角速度了。对角速度积分便能得到角度，但是角速度积分得到的角度经不起时间的考验，会有一个随时间变化的漂移，但不受物体运动的影响。总结下来就是，陀螺仪具有动态稳定性，不具有静态稳定性。

把加速度和角速度进行互补滤波，就能通过数据融合得到静态和动态都稳定的姿态角了。

MPU6050重要参数

数据是16位的，会分为2个字节存储。

单位是g，也就是重力加速度，1个g=9.8m/s2。

单位是°/sec，就是角速度的单位，每秒旋转了多少度。

如果物体运动比较剧烈，满量程可以选大一点。运动比较平缓的话，可以选择量程小一点，这样分辨率更大。

如果输出数据抖动太厉害，可以配置寄存器来选择对输出数据进行低通滤波。

两种MPU6050从机地址表示方式：一是把110 1000这7位二进制数转换为十六进制（即0x68），I2C通信时，在发第一个字节时，要先把0x68左移1位，再按位或上读写位（读置1写置0）。二是把0x68左移1位后的数据，当做从机地址，0x68左移1位之后，是0xD0。那这样MPU6050的从机地址就是0xD0，在发送第一个字节时，如果你要写，就直接把0xD0当作第一个字节。如果你要读，就把0xD0或上0x01，即0xD1当作第一个字节。这是融入了读写位的从机地址。总结就是MPU6050的读地址是0xD1，写地址是0xD0，本期采用这种方法表示MPU6050的从机地址。

MPU6050硬件电路

这里MPU6050模块内部的SCL、SDA已经内置了上拉电阻，所以接线时，直接把SCL和SDA接在GPIO口就行了。

这个融合了六轴的姿态角会有个缺陷，这缺陷就是绕Z轴的角度，也就是偏航角。这就好像让你坐在车里，不让看窗户，判断车子行驶的方向，短时间还行，时间一长，没有稳定的参考就会迷失方向。这时就要带个指南针，提供长时间的稳定偏航角进行参考，对陀螺仪感知的方向进行修正，这就是9轴姿态传感器多出的磁力计的作用。另外，如果是无人机，需要定高飞行，这时候就还需要增加气压计，扩展为10轴，提供一个高度信息的稳定参考。XCL和XDA，通常就是用于外接磁力计或者气压计。本期不用。

最后一个引脚是INT，也就是中断输出脚，可以配置芯片内部的一些事件，来触发中断脚的输出。比如数据准备好了、I2C主机错误等，另外芯片内部还内置了一些实用的小功能，比如自由落体检测、运动检测、零运动检测等，这些信号都可以触发INT引脚产生电平跳变。需要可以进行引脚配置，本期不用。

MPU6050框图

我们读取数据寄存器就能得到传感器测量的值了。这个芯片内部的转换，都是全自动进行的，每个ADC输出，对应16位的数据寄存器，不存在数据覆盖的问题。我们配置好转换频率之后，每个数据就自动以我们设置的频率刷新到数据寄存器，我们需要数据的时悮，直接来读就行了。

框图左边，每个传感器都有个自测单元，这部分是用来验证芯片好坏的。当启动自测后，芯片内部会模拟一个外力施加在传感器上，这个外力导致传感器数据会比平时大些。如何自测？先使能自测，读取数据；再使能自测，读取数据。两个数据一相减，得到的数据叫自测响应。这个自测响应，芯片手册里给出了一个范围，在范围内，就说明芯片没问题。

右边的数字运动处理器，简称DMP。是芯片内部自带的一个姿态解算的硬件算法，配合宫方的DMP库，可以进行姿态解算。本期不涉及。

两个程序现象

一是软件 I2C读写MPU6050

对MPU6050芯片内部的寄存器进行读写，写入到配置寄存器，就可以对外挂的这个模块进行配置；读出数据寄存器，就可以获取外挂模块的数据。最终，我们读出的数据会显示在这个OLED上。最上面的是ID号，图中这个MPU6050的ID号固定为0x68，可以读取这个ID号用来测试 I2C读取数据的功能是不是正常，不同批次的MPU6050，ID号会有所不同。然后下面，左边3个，是加速度传感器的输出数据，分别是X轴、Y轴和Z轴的加速度，右边3个，是陀螺仪传感器的输出数据，分别是X轴、Y轴和Z轴的角速度。