MPU6050六軸傳感器模塊初始化教程

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本期介紹的是六軸（傳感器）6050，之前在網(wǎng)上CSDN上看了許多關(guān)于MPU6050的介紹，感覺許多都是空話，真正實(shí)用的東西并不多，下面該模塊的程序我是先看的正點(diǎn)原子（stm32）（單片機(jī)）的例程之后一點(diǎn)一點(diǎn)移植到（FPGA）中的。這里只移植了初始化和讀?。ㄍ勇輧x）原始數(shù)據(jù)部分的程序，關(guān)于DMP嘛，因?yàn)閭€人能力不夠移植不了。

01六軸傳感器

本期介紹的ATK-MPU6050是一款高性能三軸加速度加三軸陀螺儀的六軸傳感器模塊，該模塊采用（InvenSense）公司的MPU6050（芯片）作為核心，該芯片內(nèi)部整合了3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，并可利用自帶的數(shù)字運(yùn)動（處理器）DMP（硬件）加速引擎，該模塊與外界的（通信）方式為I（IC）協(xié)議，向應(yīng)用后臺輸出姿態(tài)解算后的數(shù)據(jù)。

ATK-MPU6050模塊自帶DMP，通信協(xié)議為IIC、通信速率為400KHz、兼容3.3V和5V系統(tǒng)、陀螺儀和加速度測量維度均為3維。

02器件初始化

在使用MPU6050獲取數(shù)據(jù)之前首先需要對MPU6050進(jìn)行初始化。MPU6050與（控制器）之間的通信方式為IIC通信，所以也需要先例化IIC協(xié)議。

對于IIC協(xié)議的幾個狀態(tài)，此處我事先定義了幾個參數(shù)，wr寫狀態(tài)，sta起始狀態(tài)，rd讀狀態(tài)，sto停止?fàn)顟B(tài)，（ac）k有應(yīng)答，nack無應(yīng)答。

然后便開始編寫初始化MPU6050的時序，程序如下圖所示，最上面那幾行是復(fù)位后全部清零，en是一個計(jì)數(shù)器的使能端，en為0時停止計(jì)數(shù)，為1時開始計(jì)數(shù)。tx_data為IIC將要發(fā)送的數(shù)據(jù)（寄存器）。go為IIC通信的啟動端。cmd為當(dāng)前IIC狀態(tài)的選擇端，因?yàn)橛袝rIIC通信中需要起始位或結(jié)束位有時不需要，這里的cmd便可以作為選擇這些的（端口）。en_ms為毫秒計(jì)數(shù)的使能端。

首先要做的便是復(fù)位IIC，需要發(fā)送的數(shù)據(jù)有三部分，首先是發(fā)送器件ID和寫命令，然后就是發(fā)送復(fù)位地址，最后便是發(fā)送復(fù)位數(shù)據(jù)。

下圖為IIC寫入第一個數(shù)據(jù)，器件ID和寫命令，該模塊的器件ID為0x68（在5V系統(tǒng)中），將其器件ID左移一位后與0進(jìn)行按位與運(yùn)算，0x68的二進(jìn)制值為0110_1000，左移一位后便是1101_0000，與0進(jìn)行按位與運(yùn)算后還是自己本身，這便是IIC需要寫入MPU6050的器件地址與寫狀態(tài)的值。

寫入數(shù)據(jù)之前，首先設(shè)置狀態(tài)cmd為起始（信號）sta和寫狀態(tài)wr，將sta與wr進(jìn)行按位或便是選擇執(zhí)行這兩項(xiàng)，sta與wr進(jìn)行按位或后cmd的值便為6'b000_011。然后go賦值為1啟動IIC，tx_data寫入當(dāng)前要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)8'b1101_0000，然后跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)。

等tx_data寄存器內(nèi)寫入數(shù)據(jù)后便可以關(guān)閉go，將go端口置0。然后等待IIC一個字節(jié)發(fā)送成功的標(biāo)志信號，當(dāng)trans_done置1后表示IIC一個字節(jié)發(fā)送完成。

接著便開始發(fā)送下一個數(shù)據(jù)，寫入復(fù)位地址，cmd選擇寫狀態(tài)，此處不需要起始信號所以直接將wr的值賦給cmd，然后開啟go將其置1，tx_data寫入復(fù)位的地址，該地址為0x6B，在此處寫為8'h6B，h表示十六進(jìn)制，地址賦給tx_data寄存器成功后便可以關(guān)閉go將其置0，然后等待IIC一個字節(jié)發(fā)送成功，同樣trans_done為1是IIC一個字節(jié)發(fā)送完成，這時便跳轉(zhuǎn)置下一個狀態(tài)。

復(fù)位地址發(fā)送完成之后便發(fā)送復(fù)位數(shù)據(jù)，同樣的道理，先給cmd寫入需要的狀態(tài)，此處需要寫狀態(tài)wr和停止信號sto，將wr與sto進(jìn)行按位或，cmd的值便為6'b001_001，復(fù)位數(shù)據(jù)為0x80，此處寫為8'h80。

然后延時100ms。將en置1使能計(jì)數(shù)器，cnt_full為1時表示100ms計(jì)數(shù)值滿，然后關(guān)閉en停止計(jì)數(shù)。

此部分便是100ms計(jì)數(shù)器的寫法。

100ms延時之后復(fù)位MPU6050便結(jié)束了，然后便開始喚醒MPU6050。和上面一樣，首先發(fā)送器件地址和寫命令，即二進(jìn)制的1101_0000。然后等待一次發(fā)送結(jié)束后便開始下一次發(fā)送，器件ID發(fā)送之后便是發(fā)送喚醒地址，該地址為8'h6B，喚醒地址發(fā)送完成之后便是發(fā)送喚醒數(shù)據(jù)0x00，這里我寫的是8'h00。

詳細(xì)步驟已經(jīng)在第一部分詳細(xì)闡述了，后面幾乎都大同小異，首先是對cmd的狀態(tài)進(jìn)行選擇，即有無起始信號或結(jié)束信號、是寫命令還是讀命令。然后便是需要寫入的數(shù)據(jù)tx_data，一次數(shù)據(jù)寫入完成之后標(biāo)志信號trans_done置1后便可以跳轉(zhuǎn)到下一次數(shù)據(jù)的發(fā)送或讀取。

此處為陀螺儀量程設(shè)置，首先是發(fā)送器件地址和寫命令，然后便是發(fā)送陀螺儀地址，該地址為8'h1B，然后設(shè)置的陀螺儀量程，這里量程設(shè)置為±2000dps所以需要發(fā)送的數(shù)據(jù)為八位的0001_1000。

接下來便是加速度計(jì)的量程設(shè)置，首先還是發(fā)送器件地址和寫命令。然后便是發(fā)送加速度計(jì)的地址，該地址為8'h1C，地址數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后便是發(fā)送設(shè)置加速度計(jì)量程的數(shù)據(jù)，這里加速度的量程設(shè)置為±2g，所以需要發(fā)送的數(shù)據(jù)為0x00。

然后便是配置數(shù)字低通（濾波器）的采樣率，首先發(fā)送器件地址和寫命令，然后寫入采樣頻率分頻器地址0x19。因?yàn)檫@里配置的是數(shù)字低通濾波器的采樣率為50HZ，所以發(fā)送的數(shù)據(jù)便為1000/50-1=19，最后發(fā)送設(shè)置采樣率的參數(shù)為十進(jìn)制的19。

設(shè)置完采樣率后還需配置數(shù)字低通濾波頻率，此處我們設(shè)置為采樣率的一半，即25HZ，首先還是先發(fā)送器件地址和寫命令，然后發(fā)送配置寄存器地址0x1A，最后是配置數(shù)字低通濾波頻率的數(shù)據(jù)即發(fā)送十進(jìn)制數(shù)據(jù)4。

然后是關(guān)閉使能中斷，首先還是發(fā)送器件地址和寫命令，然后發(fā)送使能中斷地址8'h38，最后發(fā)送關(guān)閉使能數(shù)據(jù)8'h00。

關(guān)閉使能中斷后便是設(shè)置IIC主模式，首先發(fā)送器件地址和寫命令，然后發(fā)送控制寄存器地址8'h6A，最后發(fā)送關(guān)閉IIC主模式命令8'h00。

關(guān)閉FIFO，首先也是發(fā)送器件地址和寫命令，然后發(fā)送FIFO使能寄存器地址8'h23，最后發(fā)送關(guān)閉FIFO命令8'h00。

然后便是配置INT端口，此處INT需為低電平有效，首先還是先發(fā)送器件地址和寫命令，然后寫中斷/旁路設(shè)置寄存器地址8'h37，最后發(fā)送數(shù)據(jù)8'h80對INT進(jìn)行設(shè)置。

接下來便需要讀取器件ID，用來（檢測）上訴配置是否正確以及MPU6050是否初始化成功。首先還是先發(fā)送器件地址以及寫命令二進(jìn)制數(shù)據(jù)1101_0000，然后寫入器件ID寄存器地址0x75，然后便需要配置讀命令了，器件ID0x68左移一位之后與1進(jìn)行按位與運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為8'h1101_0001，該值變?yōu)槠骷刂泛妥x命令，然后cmd配置為rd|sto，讀取狀態(tài)與停止信號按位或運(yùn)算，cmd的值為6'b001_100，IIC通信的（SD）A數(shù)據(jù)端便開始讀取IIC傳輸過來的數(shù)據(jù)，讀取結(jié)束之后IIC產(chǎn)生一個結(jié)束位，此次讀取便結(jié)束了。然后便開始驗(yàn)證讀取到的器件ID是否正確，若讀取的器件ID正確則開始進(jìn)行下一步。

讀取的數(shù)據(jù)ID存儲在rx_data這個8位的寄存器中，讀取結(jié)束后便判斷讀取的對不對，若讀取的ID正確便可以進(jìn)行下一步配置，初始化即配置完成。

首先是設(shè)置CLKSEL、PLL的X軸為參考，先發(fā)送器件地址和寫命令，然后便發(fā)送設(shè)置管理寄存器的地址8'h6B，最后便是發(fā)送配置的數(shù)據(jù)8'h01。

然后便是配置加速度與陀螺儀都工作，首先還是先發(fā)器件地址與寫命令，然后發(fā)送管理地址8'h6C，最后發(fā)送配置數(shù)據(jù)8'h00。

這里需要再次設(shè)置一下數(shù)字低通濾波器的采樣率與濾波頻率。設(shè)置方式與參數(shù)和上面一模一樣。采樣率為50Hz，濾波頻率為采樣率的一半。

03數(shù)據(jù)的讀取

然后便可以開始讀數(shù)據(jù)了，這里我讀的是三軸陀螺儀的數(shù)據(jù)，三軸加速度的數(shù)據(jù)讀取和這個是一樣的。

這里我在初始化成功后延時了400ms，然后發(fā)送了器件地址和寫命令，然后寫入讀取陀螺儀值的地址8'h43，然后便是寫入器件地址和讀數(shù)據(jù)，即器件地址左移一位后與1進(jìn)行按位或運(yùn)算，運(yùn)算得到的值為8'b1101_0001。接下來便可以開始讀取數(shù)據(jù)了。

此處讀取數(shù)據(jù)一共有6組，