MPU6050

yuehao0929

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分类专栏：硬件☀ 文章标签：单片机 stm32 嵌入式硬件

于 2022-05-14 16:32:36 首次发布

本文链接：https://blog.csdn.net/StudyPower_Max/article/details/124768706

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MPU6050

1 简介
2 寄存器详解
3 DMP 数字运动处理器
4 遇到的问题
- - 4.1 自检不通过，run_self_test(); 返回8
  - 4.1解决方式

1 简介

MPU6050是一款六轴（三轴加速度计+三轴陀螺仪）传感器

加速度计

1 加速度计用于分析在空间坐标XYZ轴上承受的压力求加速度值，加速度计基本原理是牛顿第二定律
2 通过积分加速度信号：一次积分得到速度，二次积分得到位移，这种积分过程会导致误差累积，尤其是在存在噪声或干扰的情况下，因此长时间积分得到的位移值可能不准确。
3 自由落体加速度（重力加速度）1g = 9.8m/s^2
4 静态稳定运动加速度影响不准确动态不稳定

陀螺仪

1 角速度计测量XYZ三轴的角速度值，通过参考轴间的距离得到角速度，
2 角速度积分转换为角度
3 静态不稳定动态稳定两者进行互补滤波

MPU6050含有一个第二IIC接口，可用于连接外部磁力计为九轴和气压计为十轴

MPU6050自带数字运动处理器（DMP）通过主IIC接口，可以向CPU提供四元数，CPU可利用四元数得到欧拉角：航向角（yaw）横滚角（roll）俯仰角（pitch）

结构框图

2 寄存器详解

2.1 电源管理寄存器1（0x6B）

在这里插入图片描述

bit7：控制复位，设置为1 硬件自动清零该位。
bit6：控制工作模式，1，睡眠模式（低功耗），0，正常工作模式  
bit5：循环模式 0不循环
bit3：设置是否使能温度传感器，1 使能，0 不使能
CLKSEL[2:0]：选择系统时钟源，选择 001

2.2 电源管理寄存器2（0x6C）

在这里插入图片描述

bit7、bit6 :
用于控制低功耗时的唤醒频率
剩下6位:分别控制加速度陀螺仪的xyz轴是否进入待机模式 全给0 不待机

2.3 采样率分频（0x19）

在这里插入图片描述

采样频率 = 陀螺仪输出频率（配置寄存器的FS：1KHz） / （1 + SMPLRT_DIV ）

SMPLRT_DIV 为 采样频率的一半： 如设置采样频率 50hz 则 带宽为 25Hz （带入配置寄存器）

就有公式：50 = 1000/(1+19)

2.4 配置寄存器1（0x1A）

在这里插入图片描述

配置寄存器 是设置 数字低通滤波器（DLPF）加速度和陀螺仪的 带宽、输出频率

bit0、bit1、bit2位
当我们 选择 带宽为 25Hz 的时候 会接近 100 这个时候 输出频率为 1KHz

2.5 陀螺仪配置寄存器（0x1B）

在这里插入图片描述

bit765位  自测 选0
bit4位、bit3位
00，±250°/S
01，±500°/S
01，±1000°/S
11，±2000°/S
一般设置为 0x18，因为陀螺仪的 ADC 为 16 位分辨率，所以得到灵敏度为：65536/4000=16.4LSB/(°/S)

2.6 加速度配置寄存器（0x1C）

在这里插入图片描述

bit765位  自测 选0
bit4位、bit3位
00， ±2g
01，±4g
10，±8g
11，±16g
bit210位  高通滤波器 不用0
我们一般设置为 0x18，因为加速度传感器的ADC 也是 16 位，所以得到灵敏度为：65536/32=2048LSB/g。

2.7 陀螺仪数据输出寄存器（0x43~0x48）

在这里插入图片描述

 输出 X/Y/Z三轴的数据，高字节在前

2.8 加速度数据输出寄存器（0x3B~0x40）

在这里插入图片描述

 输出 X/Y/Z三轴的数据，高字节在前

2.9 温度数据输出寄存器（0x3B~0x40）

在这里插入图片描述

41 高8位，42 低8位

公式

最终温度 = 36.53 + 读寄存器的温度值 / 340

2.10 FIFO 使能寄存器（0x23）

在这里插入图片描述

0 禁止使用FIFO; 1 使能FIFO

加速度传感器 由bit3位 控制

陀螺仪传感器 由bit4位，bit5位，bit6位 分别控制

3 DMP 数字运动处理器

InvenSense 提供了一个 MPU6050 的嵌入式运动驱动库，结合 MPU6050 的 DMP，可以将我们的原始数据，直接转换成四元数输出

使用 MPU6050 的 DMP 输出的四元数是 q30 格式的，q30 是一个常量：1073741824，即 2 的 30 次方，也就是浮点数放大了 2 的 30 次方倍。在换算成欧拉角之前，必须先将其转换为浮点数，除以 2 的 30 次方，然后再进行计算


//四元数转换浮点数，进行计算
q0 = quat[0] / q30; 
q1 = quat[1] / q30;
q2 = quat[2] / q30;
q3 = quat[3] / q30; 

//输出的数据是 弧度 格式。转换为角度57.3  
//计算得到俯仰角/横滚角/航向角
pitch = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; //俯仰角
roll = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; //横滚角
yaw = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3; //航向角

4 遇到的问题

4.1 自检不通过，run_self_test(); 返回8

遇到自检不通过时，一步步排查。当我们排查到：

	result = mpu_run_self_test(gyro, accel);
	if (result == 0x3) 
	{

发现返回此函数返回值，result不对，了解这个函数返回值含义

int mpu_run_self_test(long *gyro, long *accel)
这段注释解释了一个触发传感器自检的函数。自检过程会返回一个掩码，用于指示哪些传感器通过了自检，哪些未通过。
其中，第 0 位表示陀螺仪，第 1 位表示加速度计，第 2 位表示磁罗盘。
注释中还提到目前 MPU6500 不支持硬件自检，但仍然可以通过此函数获取加速度计和陀螺仪的偏移。
另外，为了保证自检的准确性，调用此函数时设备应该处于面朝上或面朝下的状态，即 z 轴与重力平行。
函数会返回一个结果掩码，用于表示哪些传感器未通过自检，哪些通过了。

我们现在知道了，result值 0 位表示陀螺仪，第 1 位表示加速度计，第 2 位表示磁罗盘。