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[项目]基于FreeRTOS的STM32四轴飞行器: 十一.MPU6050配置与读取

article 2025/3/24 14:39:18

基于FreeRTOS的STM32四轴飞行器: 十一.MPU6050

一.芯片介绍
二.配置I2C
三.编写驱动
四.读取任务的测试

一.芯片介绍

芯片应该放置在PCB中间，X Y轴原点，敏感度131表示范围越小越灵敏。理想状态放置在地面上X，Y，Z轴为0，即使地面极平有可能锡膏导致芯片倾斜。
在这里插入图片描述

AD0接地和接电源地址不一样：

寄存器介绍：

二.配置I2C

观察原理图：
在这里插入图片描述
CubeMX中配置I2C1，配置Master Features 速度为高速，400KHz，占空比33%。

配置PB3为下拉输入模式：

三.编写驱动

I2C协议中，地址需要左移1位，最低位表示读写方向：
0 表示写操作，1 表示读操作，直接将查好寄存器的代码直接移植。
在这里插入图片描述
写入寄存器和读取寄存器函数：

/**
 * @description: 向指定的寄存器写入一个字节
 * @param {uint8_t} reg
 * @param {uint8_t} byte
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t byte)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,
                      MPU6050_ADDR_W,
                      reg,
                      I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,
                      &byte,
                      1,
                      2000);
}

/**
 * @description: 从指定的寄存器startReg写入多个字节
 * @param {uint8_t} startReg 开始寄存器地址
 * @param {uint8_t} *bytes 写的字节数据
 * @param {uint8_t} len 多少个字节
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_WriteRegs(uint8_t startReg, uint8_t *bytes, uint8_t len)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,
                      MPU6050_ADDR_W,
                      startReg,
                      I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,
                      bytes,
                      len,
                      2000);
}

/**
 * @description: 从指定的寄存器读取一个字节
 * @param {uint8_t} reg
 * @return {*}
 */
uint8_t Inf_MPU6050_ReadReg(uint8_t reg)
{
    uint8_t rByte = 0;
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,
                     MPU6050_ADDR_R,
                     reg,
                     I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,
                     &rByte,
                     1,
                     2000);
    return rByte;
}

/**
 * @description: 从指定的寄存器读取多个字节
 * @param {uint8_t} startReg
 * @param {uint8_t} *bytes
 * @param {uint8_t} len
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_ReadRegs(uint8_t startReg, uint8_t *bytes, uint8_t len)
{
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,
                     MPU6050_ADDR_R,
                     startReg,
                     I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,
                     bytes,
                     len,
                     2000);
}

根据数据手册MPU6050初始化流程配置：
在这里插入图片描述
低通滤波器：
数据输出速率1kHz。

采样率：
采样率是多少的时候，才能正确的反应模拟。
香农定律（麦克斯韦定律）：采样率 >= 2 * 最高的频率
这时候可以根据数字信号还原出模拟信号了。
采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1 + SMPLRT_DIV)
500Hz = 1000Hz / (1 + x)
x = 1
因为飞控任务调度周期是4ms，意味着1S执行250次，这时采样频率为500Hz可以1S将数据转换500次，转换多读取少没问题，不能低于250Hz。
在这里插入图片描述
加速度和陀螺仪是否进入待机模式：

读取角速度：

读取加速度：

初始化：

/**
 * @description: mpu6050初始化函数
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_Init(void)
{
    /* 1. 复位MPU6050:   复位->休眠200ms->唤醒 */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_PWR_MGMT1_REG, 1 << 7);
    HAL_Delay(200);
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_PWR_MGMT1_REG, 0);
    /* 2. 设置量程 */
    /* 2.1 角速度的量程  +-2000°/s */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_GYRO_CFG_REG, 3 << 3);
    /* 2.2 加速度的量程  +2g  */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_ACCEL_CFG_REG, 0);
    /* 3. 关闭中断、关闭 第2 IIC 接口、禁止 FIFO */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_INT_EN_REG, 0);
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_USER_CTRL_REG, 0);
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_FIFO_EN_REG, 0);

    /* 4. 设置陀螺仪采样率和低通滤波器
        低通滤波器:  数据输出速率时 1kHz

        采样率: 采样率是多少的时候,才能正确的反应模拟信号
            香浓定律(奈奎斯特定律): 采样率 >= 2 * 信号中最高的频率

            采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1 + SMPLRT_DIV)
            500Hz = 1000Hz / (1 + x)
            x = 1
     */

    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_SAMPLE_RATE_REG, 1); /*  采样率 */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_CFG_REG, 1 << 0);    /* 低通滤波器 */

    /* 5. 配置系统时钟源 */
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_PWR_MGMT1_REG, 1);

    /* 6. 使能角速度传感器和加速度传感器   进入工作模式 (禁用待机模式)*/
    Inf_MPU6050_WriteReg(MPU_PWR_MGMT2_REG, 0);

    /* 校准6轴数据 */
    Inf_MPU6050_Calibrate();
}

读取角速度和加速度：

/**
 * @description: 读取角速度
 * @param {Gyro_Struct} *gyro
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_ReadGyro(Gyro_Struct *gyro)
{
    uint8_t data[6] = {0};
    Inf_MPU6050_ReadRegs(MPU_GYRO_XOUTH_REG, data, 6);

    gyro->gyroX = (int16_t)((data[0] << 8) | data[1]);
    gyro->gyroY = (int16_t)((data[2] << 8) | data[3]);
    gyro->gyroZ = (int16_t)((data[4] << 8) | data[5]);
}

/**
 * @description: 读取加速度
 * @param {Accel_Struct} *accel
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_ReadAccel(Accel_Struct *accel)
{
    uint8_t data[6] = {0};
    Inf_MPU6050_ReadRegs(MPU_ACCEL_XOUTH_REG, data, 6);
    accel->accelX = (int16_t)((data[0] << 8) | data[1]);
    accel->accelY = (int16_t)((data[2] << 8) | data[3]);
    accel->accelZ = (int16_t)((data[4] << 8) | data[5]);
}

/**
 * @description: 读取角速度和加速度
 * @param {GyroAccel_Struct} *gyroAccel
 * @return {*}
 */
void Inf_MPU6050_ReadGyroAccel(GyroAccel_Struct *gyroAccel)
{
    Inf_MPU6050_ReadGyro(&gyroAccel->gyro);
    Inf_MPU6050_ReadAccel(&gyroAccel->accel);
}