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嵌入式开发--STM32用HAL库硬件I2C读取MPU6050的数据

article 2024/10/26 14:28:32

MPU6050简介

在这里插入图片描述

MPU6050是一款6轴传感器，可检测3轴位移和3轴加速度，MCU可通过I2C接口操作。注意接口线需要上拉电阻，一般为10K，在距离远或干扰强的场合，可降低通讯速率，和适当减小电阻值，比如4.7K。

STM32的I2C接口

一般通过2种方式来操作I2C接口

软件I2C

控制GPIO引脚来模拟I2C的时序，这就是常说的软件I2C，也是应用得比较多的方式。正点原子的例程均以软件I2C方式。
这种方式可控性强，也便于理解I2C时序。但是增加了MCU的负担，操作周期会大于硬件方式，效率不高。

硬件I2C

用STM32自带的I2C硬件控制器来操作，也就是硬件I2C。
正点原子不推荐这种方式，理由是STM32的I2C不好用。网上也普遍流传说STM32的I2C容易死机等等，但这属于人云亦云的说法，我做过测试，证明STM32的I2C是完全可用的，具体测试和问题排查可以看我另一篇文章，《嵌入式开发-STM32硬件I2C驱动OLED屏》。
本文就以硬件I2C的方式来进行操作。

MPU6050电路

我是将MPU6050做在一块扩展板上，再通过数据线与MCU的主控板相连，原理图如下：
在这里插入图片描述
第9脚是用来设置MPU6050的设备地址的，接地后，设备地址是0x68，但是在I2C协议中是用高7位表示设备地址，所以0x68需要左移一位，就变成了0xD0，最低位为1表示读操作，最低位为0表示写操作。
也就是最后的地址是0xD1（读）和0xD0（写）

CubeMX设置

用的是PC8和PC9引脚
在这里插入图片描述

开启I2C3，默认的基本设置

在这里插入图片描述
在GPIO标签，需要将引脚速度设置为高或非常高

用到的函数

是用正点原子的例程改的，其实改动也就是读和写的相关函数，总共就4个。
读，写，连续读，连续写。而且只改写这4个函数的内容，接口保持不变。
HAL库提供可以用的函数有4个，分为mem和master，具体如下：

HAL_I2C_Master_Transmit()
HAL_I2C_Master_Receive()
HAL_I2C_Mem_Read()
HAL_I2C_Mem_Write()

可以只用前2个函数，也可以只用后2个，最后的效果基本等价，这里讲一下他们的区别。
以读操作为例，代码如下：

u8 MPU_Read_Byte(u8 reg)
{
  u8 data;
  
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c3, MPU6050_WRITE_ADDR, MPU_DEVICE_ID_REG, 1, &data, 1, 100);

  HAL_Delay(1); 	//上下代码二选一，同样功能，在此只是为了演示方便
    
  HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c3, MPU6050_WRITE_ADDR, &reg, 1, 100);
  HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c3, MPU6050_READ_ADDR, &data, 1, 100);
  
  return data;
}

接下来演示一下读ID号的波形差别。

MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);

可以看到mem函数一行就可以了，而master函数需要2行，mem函数要简洁一些，用逻辑分析仪看二者的波形如下：先是mem后master
在这里插入图片描述

可以看到二者时序略有不同，但功能是一样的。最终的运行时间也只相差了半个I2C时钟周期而已，可以忽略。

全部代码

修改的代码如下，只改了这4个函数，其他参照正点原子。

#define MPU6050_I2C           hi2c3

//AD0引脚(9脚)接低，表示0x68为地址，再左移1位为0xd0，最低位表示读写选择
#define MPU_ADDR				0X68
#define MPU6050_READ_ADDR     (MPU_ADDR<<1)|1
#define MPU6050_WRITE_ADDR    (MPU_ADDR<<1)|0


//I2C写一个字节 
//reg:寄存器地址
//data:数据
//返回值:0,正常
//       其他,错误代码
u8 MPU_Write_Byte(u8 reg,u8 data) 				 
{
  return HAL_I2C_Mem_Write(&MPU6050_I2C, MPU6050_WRITE_ADDR, reg, 1, &data, 1, 100);
}


//I2C读一个字节 
//reg:寄存器地址 
//返回值:读到的数据
u8 MPU_Read_Byte(u8 reg)
{
  u8 data;
  
  HAL_I2C_Mem_Read(&MPU6050_I2C, MPU6050_WRITE_ADDR, MPU_DEVICE_ID_REG, 1, &data, 1, 100);

//  HAL_Delay(1);
//  
//  HAL_I2C_Master_Transmit(MPU6050_I2C, MPU6050_WRITE_ADDR, &reg, 1, 100);
//  HAL_I2C_Master_Receive(MPU6050_I2C, MPU6050_READ_ADDR, &data, 1, 100);
  
  return data;
}


//IIC连续写
//addr:器件地址 
//reg:寄存器地址
//len:写入长度
//buf:数据区
//返回值:0,正常
//       其他,错误代码
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
  return HAL_I2C_Mem_Write(&MPU6050_I2C, MPU6050_WRITE_ADDR, reg, 1, buf, len, 100);
}


//IIC连续读
//addr:器件地址
//reg:要读取的寄存器地址
//len:要读取的长度
//buf:读取到的数据存储区
//返回值:0,正常
//       其他,错误代码
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{ 
  HAL_I2C_Mem_Read(&MPU6050_I2C, MPU6050_WRITE_ADDR, reg, 1, buf, len, 100);
  return 0;
}