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1、MPU6050简介
2、MPU6050参数
3、MPU6050硬件电路
4、MPU6050结构
5、MPU6000和MPU6050的区别
6、MPU6050应用场景
7、MPU6050电气参数
8、MPU6050时钟源选择
9、MPU6050中断源
10、MPU6050的I2C读写操作
11、DMP库移植 1、MPU6050简介 10轴传感器#xff1…目录
1、MPU6050简介
2、MPU6050参数
3、MPU6050硬件电路
4、MPU6050结构
5、MPU6000和MPU6050的区别
6、MPU6050应用场景
7、MPU6050电气参数
8、MPU6050时钟源选择
9、MPU6050中断源
10、MPU6050的I2C读写操作
11、DMP库移植 1、MPU6050简介 10轴传感器3轴加速度传感器3轴陀螺仪传感器3轴磁场传感器气压传感器
欧拉角以飞机为例欧拉角便是飞机机身相对于初始3个轴的夹角用于表达飞机的姿态。飞机机头上倾或者上仰与z轴的夹角称为俯仰Pitch飞机机身左翻滚或者右翻滚与x轴的夹角称为滚转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称为偏航Yaw。
3轴加速度传感器陀螺仪内部x/y/z轴方向分别放置了一个加速度计原理与压力计相似可以想象一个内置小球的方框模型正方体六个面所测到的力就是3个轴的加速度值。如果把芯片水平放置在地球上便只有底面测力计受到小球的压力此时XY轴输出为0z轴输出一个向下的加速度值如果在自由落体则xyz输出均为0。需要注意的是加速度计具有静态稳定性不具有动态稳定性用加速度求角度只能在物体静止时使用当物体运动时这个角度会受加速度的影响而变得不准确。
3轴陀螺仪传感器上图模型中中间是一个有一定质量的旋转轮外面是3个轴的平衡环。当中间的旋转轮高速旋转时根据动量守恒的原理该旋转轮具有保持其原有角动量的趋势这个趋势可以保持旋转轴方向不变当外部物体转动时内部的旋转轴方向并不会转动这就会在平衡环连接处产生角度偏差如果在连接处放置一个旋转的电位器通过测量电位器的电压便可得到旋转的角度。理论是MPU6050是可以直接测量角度的可能是结构的差异或者工艺的限制芯片内部的陀螺仪测量的是角速度。陀螺仪测量的xyz轴的角速度值分别表示此时芯片绕x轴、y轴和z轴旋转的角速度。可以想象一下游乐园的飞轮中间的轴转的越快椅子飞的越远测量椅子飞起的距离或者夹角便可得到中间值的角度对角速度进行积分便可得到角度。需要注意的是陀螺仪具有动态稳定性不具有静态稳定性因为角速度积分得到的角度的误差会随着时间而变大当物体静止时角速度会因为噪声无法完全归零然后经过积分的不断累积这个小噪声就会导致计算出来的角度产生缓慢的漂移。但是该角度不受物体运动的影响。 2、MPU6050参数 ADCMPU6050需要通过内部ADC将读取到达电压信号转化为数字信号
加速度满量程g9.8m/s^2
陀螺仪满量程。/sec角速度单位表示每秒旋转的度数。
如果所测量的物体运动非常剧烈可将满量程设置大一些防止加速度或者角速度超出量程如果所测量的问题运动非常平缓可将满量程设置小一下以提高分辨率。
数字低通滤波器使输出数据变得平缓
时钟源和时钟采样分频时钟源结果分频可以为AD转换和内部其他电路提供时钟控制分频系数便可控制AD转换的快慢。
I2C从机地址在程序在可以直接用二进制表示如果要用16进制表示有2种表示方式1、认为0x68为从机地址1101000-》0x68但在I2C通信的时序中第一个字节的高7位才是从机地址最低位是读写位所以发送地址要表示为(0x681)|(读写位)2、认为0xD0为从机地址即0x68左移一位后的数据所以发送地址要表示为(0xD0)|(读写位)。 3、MPU6050硬件电路 XCL、XDA用于外接磁力计或气压计MPU6050的主机接口可以直接访问这些扩展芯片的数据把这些扩展芯片数据读取到MPU6050中去MPU6050的DMP单元对这些数据进行数据融合和姿态解算。但如果不需要MPU6050的解算功能的话也可以直接挂载到SDA、SCL上因为I2C可以同时挂载多个设备
SDA、SCLMPU6050的该引脚已内置上拉电阻
AD0接高电平7位从机地址为1101001接低电平7位从机地址为1101000悬空默认低电平
INT可以配置芯片内部的一些事件来触发中断引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时进行中断配置即可。 4、MPU6050结构 传感器自测单元用于验证芯片好坏。外力施加到传感器上这个外力使传感器数据会比平时大一些。先使能自测读取数据再失能自测读取数据两个数据的差值称为自测响应如果自测响应在芯片手册规定的范围内说明芯片没有问题反之则可能损坏。
电荷泵一种升压、降压电路由于陀螺仪内部需要一个高低压支持所以需要电荷泵进行升压这在OLED中也有应用。因为电容比较小所以切换速度要快再在电压输出端接电源滤波便可进行平稳升压。 阶段1输入电压Vin个fly电容充电Vfly Vin。 阶段2改变如图改变电容的接入方式由于阶段1中电容已经充电fly电容上端的电压 Vin Vfly 2 * Vin Vout实现倍压。 中断状态寄存器控制内部事件到中断引脚的输出
先入先出寄存器对数据流进行缓存
配置寄存器对内部各个电路进行配置
传感器寄存器数据寄存器存储各个传感器的数据
工厂校准用于内部传感器校准
数字运动处理器DMP芯片内部自带的一个姿态解算的硬件算法配合官方的DMP库可以进行姿态解算
接口旁路选择器开关接上时MPU6050和扩展设备均由STM32控制接下MPU6050由STM32控制扩展设备由MPU6050控制。 5、MPU6000和MPU6050的区别 两种型号的陀螺仪功能差不多仅有些许差异 MPU6050有一个独立的逻辑电源引脚VLOGIC可以支持供电和IO口不一样的电平等级而MPU6000没有 MPU6000同时支持I2C和SPI通信接口而MPU6050仅支持I2C通信 6、MPU6050应用场景 BlurFreeTM技术(用于视频/静止图像稳定) AirSignTM技术(用于安全/认证) TouchAnywhereTM技术(用于“无触控”UI应用控制/导航) MotionCommandTM技术(用于手势快捷键) 支持动作的游戏和应用框架 InstantGesture TMiGTM手势识别 基于位置的服务兴趣点和航位推算 手机和便携式游戏 基于动作的游戏控制器 用于联网的数字电视和机顶盒的3D遥控器3D鼠标 用于健康、健身和运动的可穿戴传感器 玩具 7、MPU6050电气参数
1绝对最大参数
如果超过绝对最大参数芯片便有可能损坏。 2I2C时序表征 MPU6050的I2C的SCL时钟频率最大可达400KHz如果STM32的I2C时钟频率超过则芯片可能跟不上当然I2C是同步时序对时间的要求不是非常严格所以400KHz只是一个最大参数实际速率可以慢一些。
虽然供电绝对最大参数为5~6V但其电气特性的供电范围为2.375~3.46V若超过芯片可能无法正常工作所以使用3.3V供电即可。 8、MPU6050时钟源选择 MPU6050内部晶振。 X、Z、Y轴陀螺仪。因为陀螺仪内部需要高精度时钟的支持所以陀螺仪内部也有独立的时钟这3个时钟可以输出作为内部时钟。 通过外部的CLKIN引脚输入32.768Hz或者19.2MHz的方波作为系统时钟。
一般使用前2种。 9、MPU6050中断源 以自由落体检测为例自由落体时3个加速度值均为0当加速度值低于预设的阈值时开始计数当计数足够多时发生自由落体事件可以配置这个事件去触发中断引脚的电平跳变。
运动检测和零运动检测也是类似的逻辑。需要注意的是运动检测会有一个高通滤波器用来滤除重力造成的稳定数据偏置即滤除加速度计静置时那1gd的重力加速度不需要时可不理会。 10、MPU6050的I2C读写操作 11、MPU6050的I寄存器
寄存器上电后默认为0x00除了ID号寄存器0x68和电源管理寄存器10x40即上电后默认为睡眠模式所以操作时要注意解除睡眠否则操作其他寄存器无效。
1采样频率寄存器 8位为一个整体作为分频值可以配置采样频率的分频系数。分频越小内部的AD转换越快数据寄存器刷新就越快反之越慢。以陀螺仪时钟源为例
采样频率数据刷新率陀螺仪输出时钟频率/1分频值注意不使用低通滤波器时陀螺仪时钟频率为8KHz使用则频率为1KHz。 2配置寄存器 由外部同步设置和低通滤波器配置组成外部同步一般不使用。
低通滤波器可以使输出数据变得平滑配置滤波器参数越大输出数据抖动越小。 设为0时即不使用低通滤波器陀螺仪时钟频率为8KHz使用则频率为1KHz。设为7时是保留位一般不使用。 3陀螺仪寄存器 高3位X、Y、Z轴的自测使能位 自测响应自测使能时的数据-自测失能时的数据上电后先使能自测读取数据再失能自测读取数据自动进行求差。自测响应规定范围如下 中间两位满量程选择位 4加速度计配置寄存器 高3位X、Y、Z轴的自测使能位
中间两位满量程选择位
低3位配置高通滤波器。内置小功能如运动检测所用到的对数据输出无影响。
读取数据的话直接读取数据寄存器即可寄存器中的数据是一个16进制的有符号数以二进制补码的方式存储。读出高8位和低8位高位左移8次或上低位数据并存在一个int16_t的变量里便可得到数据。温度传感器数据和陀螺仪传感器数据同理。 5电源管理寄存器1 Bit7设备复位写1则所有寄存器恢复到默认值
Bit6睡眠模式写1芯片随眠不工作进入低功耗模式省电
Bit5循环模式写1设备进入低功耗模式每过一段时间启动一次唤醒的频率由电源管理寄存器2决定
Bit3温度传感器失能写1禁用内部温度传感器
Bit2~0选择系统时钟来源。 最好选择陀螺仪晶振因为其更为精确 6电源管理寄存器2 Bit7/6设置唤醒电源管理寄存器1的唤醒频率
Bit5~0可以分别控制6个轴进入待机模式如果只需要部分数据可以让其他轴待机省电 7ID号寄存器 该寄存器为只读寄存器ID号不可修改表示该芯片的I2C地址。
Bit7为0
Bit6~1固定为110100
Bit0为0
所以该寄存器的值为0x68
需要注意的是AD0引脚的值并不反映在这个寄存器上所以虽然I2C的地址可以通过AD0引脚进行配置但是ID号寄存器的最低位并不随AD0引脚的变化而变化读出的ID号始终为0x68当然ID号并不是非要与I2C地址一致 11、DMP库移植
MPU6050是一款集成了陀螺仪和加速度计的6轴运动处理组件能够提供丰富的运动数据。然而要从这些原始数据中准确解算出姿态角如滚转角、俯仰角、偏航角需要进行复杂的数学运算和数据融合。而DMPDigital Motion Processor库是Invensense公司针对其产品推出的软件包它内部实现了复杂的滤波和数据融合算法能够直接输出四元数或欧拉角等姿态信息。这大大简化了外围微处理器的工作负担使得开发者无需深入了解底层的数学运算和数据融合原理即可快速获取准确的姿态信息。
MPU6050的DMP库原本是针对特定处理器如MSP430设计的我们要直接将官方的DMP库移植到STM32还需要进行一系列的修改这里就不讲了因为网上已经有许多开源参考
MPU6050获取欧拉角—超详细DMP移植教程_mpu6050移植dmp详细步骤-CSDN博客
STM32平台下官方DMP库6.12超详细移植教程_mpu motion driver下载-CSDN博客 百度网盘 链接https://pan.baidu.com/s/1bBqZZIv48LP_2kcbqCE4Dg?pwd0obc 提取码0obc
