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草帽王子 发表于 2021-5-1 17:05:18

第九十一章：CH32V103应用教程——MPU6050应用

本帖最后由 草帽王子 于 2021-9-10 18:26 编辑

本章教程主要使用CH32V103进行MPU6050传感器实验。程序中涉及到IIC和MPU6050的数据处理。


1、IIC简介及相关函数介绍

关于IIC，在前面章节已经进行过介绍，在此不再赘述。本章教程使用模拟IIC和MPU6050进行通信。

关于MPU6050，它是一款6轴运动处理组件，包含了三轴加速度和三轴角速度（陀螺仪），并且含有一个第二IIC接口，可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过主IIC接口，向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。

关于IIC具体介绍，可参考前面章节及CH32V103应用手册。关于MPU6050模块资料，可自行上网百度，会有一大堆资料。


2、硬件设计

本章教程使用模拟IIC与MPU6050模块进行通信，CH32V103开发板与MPU6050模块的连接方式如下：

[*]CH32V103开发板的VCC、GND引脚与MPU6050模块的VCC、GND引脚连接
[*]CH32V103开发板的PA1引脚与MPU6050模块的SDA引脚连接
[*]CH32V103开发板的PA2引脚与MPU6050模块的SCL引脚连接


3、软件设计

本章教程主要使用CH32V103进行MPU6050传感器实验。程序中涉及到IIC和MPU6050的数据处理，关于模拟IIC程序部分，与前面模拟IIC例程类似，在此不再介绍，本章主要对MPU6050模块程序进行介绍，具体如下：

mpu6050.h文件
#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
#include "iic.h"

//MPU6050 AD0控制脚
#define MPU_AD0_H               GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_15)    //配置SDA接口高电平
#define MPU_AD0_L               GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_15)//配置SDA接口低电平

//#define MPU_ACCEL_OFFS_REG      0X06    //accel_offs寄存器,可读取版本号,寄存器手册未提到
//#define MPU_PROD_ID_REG         0X0C    //prod id寄存器,在寄存器手册未提到
#define MPU_SELF_TESTX_REG      0X0D    //自检寄存器X
#define MPU_SELF_TESTY_REG      0X0E    //自检寄存器Y
#define MPU_SELF_TESTZ_REG      0X0F    //自检寄存器Z
#define MPU_SELF_TESTA_REG      0X10    //自检寄存器A
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG   0X19    //采样频率分频器
#define MPU_CFG_REG             0X1A    //配置寄存器
#define MPU_GYRO_CFG_REG      0X1B    //陀螺仪配置寄存器
#define MPU_ACCEL_CFG_REG       0X1C    //加速度计配置寄存器
#define MPU_MOTION_DET_REG      0X1F    //运动检测阀值设置寄存器
#define MPU_FIFO_EN_REG         0X23    //FIFO使能寄存器
#define MPU_I2CMST_CTRL_REG   0X24    //IIC主机控制寄存器
#define MPU_I2CSLV0_ADDR_REG    0X25    //IIC从机0器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_REG         0X26    //IIC从机0数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_CTRL_REG    0X27    //IIC从机0控制寄存器
#define MPU_I2CSLV1_ADDR_REG    0X28    //IIC从机1器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_REG         0X29    //IIC从机1数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_CTRL_REG    0X2A    //IIC从机1控制寄存器
#define MPU_I2CSLV2_ADDR_REG    0X2B    //IIC从机2器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_REG         0X2C    //IIC从机2数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_CTRL_REG    0X2D    //IIC从机2控制寄存器
#define MPU_I2CSLV3_ADDR_REG    0X2E    //IIC从机3器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_REG         0X2F    //IIC从机3数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_CTRL_REG    0X30    //IIC从机3控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_ADDR_REG    0X31    //IIC从机4器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_REG         0X32    //IIC从机4数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DO_REG      0X33    //IIC从机4写数据寄存器
#define MPU_I2CSLV4_CTRL_REG    0X34    //IIC从机4控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DI_REG      0X35    //IIC从机4读数据寄存器

#define MPU_I2CMST_STA_REG      0X36    //IIC主机状态寄存器
#define MPU_INTBP_CFG_REG       0X37    //中断/旁路设置寄存器
#define MPU_INT_EN_REG          0X38    //中断使能寄存器
#define MPU_INT_STA_REG         0X3A    //中断状态寄存器

#define MPU_ACCEL_XOUTH_REG   0X3B    //加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTL_REG   0X3C    //加速度值,X轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTH_REG   0X3D    //加速度值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTL_REG   0X3E    //加速度值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTH_REG   0X3F    //加速度值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTL_REG   0X40    //加速度值,Z轴低8位寄存器

#define MPU_TEMP_OUTH_REG       0X41    //温度值高八位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTL_REG       0X42    //温度值低8位寄存器

#define MPU_GYRO_XOUTH_REG      0X43    //陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTL_REG      0X44    //陀螺仪值,X轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTH_REG      0X45    //陀螺仪值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTL_REG      0X46    //陀螺仪值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTH_REG      0X47    //陀螺仪值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTL_REG      0X48    //陀螺仪值,Z轴低8位寄存器

#define MPU_I2CSLV0_DO_REG      0X63    //IIC从机0数据寄存器
#define MPU_I2CSLV1_DO_REG      0X64    //IIC从机1数据寄存器
#define MPU_I2CSLV2_DO_REG      0X65    //IIC从机2数据寄存器
#define MPU_I2CSLV3_DO_REG      0X66    //IIC从机3数据寄存器

#define MPU_I2CMST_DELAY_REG    0X67    //IIC主机延时管理寄存器
#define MPU_SIGPATH_RST_REG   0X68    //信号通道复位寄存器
#define MPU_MDETECT_CTRL_REG    0X69    //运动检测控制寄存器
#define MPU_USER_CTRL_REG       0X6A    //用户控制寄存器
#define MPU_PWR_MGMT1_REG       0X6B    //电源管理寄存器1
#define MPU_PWR_MGMT2_REG       0X6C    //电源管理寄存器2
#define MPU_FIFO_CNTH_REG       0X72    //FIFO计数寄存器高八位
#define MPU_FIFO_CNTL_REG       0X73    //FIFO计数寄存器低八位
#define MPU_FIFO_RW_REG         0X74    //FIFO读写寄存器
#define MPU_DEVICE_ID_REG       0X75    //器件ID寄存器

//如果AD0脚(9脚)接地,IIC地址为0X68(不包含最低位).
//如果接V3.3,则IIC地址为0X69(不包含最低位).
#define MPU_ADDR                0X68

////因为模块AD0默认接GND,所以转为读写地址后,为0XD1和0XD0(如果接VCC,则为0XD3和0XD2)
//#define MPU_READ    0XD1
//#define MPU_WRITE   0XD0

u8 MPU_Init(void);                              //初始化MPU6050
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf);//IIC连续写
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf); //IIC连续读
u8 MPU_Write_Byte(u8 reg,u8 data);            //IIC写一个字节
u8 MPU_Read_Byte(u8 reg);                     //IIC读一个字节

u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr);
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr);
u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf);
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate);
u8 MPU_Set_Fifo(u8 sens);

short MPU_Get_Temperature(void);
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz);
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az);

#endifmpu6050.h文件主要进行相关定义和函数声明；
mpu6050.c文件
#include "mpu6050.h"
#include "debug.h"

//初始化MPU6050
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Init(void)
{
    u8 res;
    GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);   //使能AFIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    //先使能外设IO PORTA时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;            // 端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //IO口速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                  //根据设定参数初始化GPIOA

    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); //禁止JTAG,从而PA15可以做普通IO使用,否则PA15不能做普通IO!!!

    MPU_AD0_L;                              //控制MPU6050的AD0脚为低电平,从机地址为:0X68

    IIC_Init();                           //初始化IIC总线
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80); //复位MPU6050
    Delay_Ms(100);
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00); //唤醒MPU6050
    MPU_Set_Gyro_Fsr(3);                  //陀螺仪传感器,±2000dps
    MPU_Set_Accel_Fsr(0);                   //加速度传感器,±2g
    MPU_Set_Rate(50);                     //设置采样率50Hz
    MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00);    //关闭所有中断
    MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00); //I2C主模式关闭
    MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);   //关闭FIFO
    MPU_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80); //INT引脚低电平有效
    res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
    if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
    {
      MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01); //设置CLKSEL,PLL X轴为参考
      MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00); //加速度与陀螺仪都工作
      MPU_Set_Rate(50);                     //设置采样率为50Hz
    }else return 1;
    return 0;
}

//设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
    return MPU_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//设置陀螺仪满量程范围
}

//设置MPU6050加速度传感器满量程范围
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
    return MPU_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//设置加速度传感器满量程范围
}

//设置MPU6050的数字低通滤波器
//lpf:数字低通滤波频率(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败
u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)
{
    u8 data=0;
    if(lpf>=188)data=1;
    else if(lpf>=98)data=2;
    else if(lpf>=42)data=3;
    else if(lpf>=20)data=4;
    else if(lpf>=10)data=5;
    else data=6;
    return MPU_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//设置数字低通滤波器
}

//设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
    u8 data;
    if(rate>1000)rate=1000;
    if(rate<4)rate=4;
    data=1000/rate-1;
    data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);//设置数字低通滤波器
    return MPU_Set_LPF(rate/2); //自动设置LPF为采样率的一半
}

//得到温度值
//返回值:温度值(扩大了100倍)
short MPU_Get_Temperature(void)
{
    u8 buf;
    short raw;
    float temp;
    MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf);
    raw=((u16)buf<<8)|buf;
    temp=36.53+((double)raw)/340;
    return temp*100;;
}

//得到陀螺仪值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
    u8 buf,res;
    res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
    if(res==0)
    {
      *gx=((u16)buf<<8)|buf;
      *gy=((u16)buf<<8)|buf;
      *gz=((u16)buf<<8)|buf;
      printf("GYRO:X=%d   Y=%d   Z=%d\n",*gx,*gy,*gz);
    }
    return res;;
}
//得到加速度值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
    u8 buf,res;
    res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
    if(res==0)
    {
      *ax=((u16)buf<<8)|buf;
      *ay=((u16)buf<<8)|buf;
      *az=((u16)buf<<8)|buf;
      printf("ACC:X=%d   Y=%d   Z=%d\n",*ax,*ay,*az);
    }
    return res;;
}

//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)
{
    u8 i;
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令
    if(IIC_WaitAck())         //等待应答
    {
      IIC_Stop();
      return 1;
    }
    IIC_SendByte(reg); //写寄存器地址
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    for(i=0;i<len;i++)
    {
      IIC_SendByte(buf);//发送数据
      if(IIC_WaitAck())      //等待ACK
      {
            IIC_Stop();
            return 1;
      }
    }
    IIC_Stop();
    return 0;
}

//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)
{
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令
    if(IIC_WaitAck())//等待应答
    {
      IIC_Stop();
      return 1;
    }
    IIC_SendByte(reg); //写寄存器地址
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((addr<<1)|1);//发送器件地址+读命令
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    while(len)
    {
      if(len==1)*buf=IIC_ReadByte(0);//读数据,发送nACK
      else *buf=IIC_ReadByte(1);   //读数据,发送ACK
      len--;
      buf++;
    }
    IIC_Stop(); //产生一个停止条件
    return 0;
}

//IIC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)
{
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令
    if(IIC_WaitAck())//等待应答
    {
      IIC_Stop();
      return 1;
    }
    IIC_SendByte(reg); //写寄存器地址
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    IIC_SendByte(data);//发送数据
    if(IIC_WaitAck())//等待ACK
    {
      IIC_Stop();
      return 1;
    }
    IIC_Stop();
    return 0;
}

//IIC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 res;
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    IIC_SendByte(reg); //写寄存器地址
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    IIC_Start();
    IIC_SendByte((MPU_ADDR<<1)|1);//发送器件地址+读命令
    IIC_WaitAck();   //等待应答
    res=IIC_ReadByte(0);//读取数据,发送nACK
    IIC_Stop();         //产生一个停止条件
    return res;
}mpu6050.c文件主要进行mpu6050模块的GPIO引脚初始化以及进行其他函数处理，具体可见程序注释。
main.c文件
int main(void)
{
    short aacx,aacy,aacz;       //加速度传感器原始数据
    short gyrox,gyroy,gyroz;    //陀螺仪原始数据
    short temp;               //温度

      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
      Delay_Init();
      USART_Printf_Init(115200);
      MPU_Init();                //初始化MPU6050

      printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
      printf("MPU6050 TEST\r\n");

      while(1)
      {
            temp=MPU_Get_Temperature(); //得到温度值
      MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz);   //得到加速度传感器数据
      MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz);    //得到陀螺仪数据
      printf("Temperature:%d\r\n",temp);
            Delay_Ms(500);
      }
}main.c文件主要进行函数初始化。


4、下载验证

将编译好的程序下载到开发板并复位，串口打印显示如下：


90、MPU6050.rar

链接：https://pan.baidu.com/s/1XDlYIG8EKlMVy02WDLxTFQ
提取码：b4e3
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完

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