利⽤stm32f4单⽚机的mpu6050六轴加速度传感器获取姿态⾓详解（有代码）mpu6050简介： MPU-6000（6050）为全球⾸例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件⽅案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了⼤量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或SPI端⼝(SPI仅在MPU-6000上可⽤)。 MPU6050， 该芯⽚内部集成⼀个三轴加速度传感器和⼀个三轴陀螺仪，并且⾃带 DMP(Digital Motion Processor)，该传感器可以⽤于四轴飞⾏器的姿态控制和解算。
MPU-6000（6050）的⾓速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，⽤户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最⾼⾄400kHz的IIC或最⾼达20MHz的SPI（MPU-6050没有SPI）。MPU-6000可在不同电压下⼯作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%，逻辑接⼝VDDIO供电为1.8V± 5%（MPU6000仅⽤VDD）。MPU-6000的包装尺⼨4x4x0.9mm(QFN)，在业界是⾰命性的尺⼨。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。
其功能如图所⽰：
mup6050原理图：
STM32F4 开发板⾃带了 MPU6050 传感器。我们将使⽤ STM32F4 来驱动 MPU6050，读取其原始数据，并利⽤其⾃带的 DMP 实现姿态解算。MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，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: Dig ital 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。有了 DMP，我们可以使⽤ InvenSense 公司提供的运动处理资料库，⾮常⽅便的实现姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时⼤⼤降低了开发难度。
对于姿态⾓的理解：
姿态⾓和⾃由度相关联，在控制和机械领域⼴泛使⽤，它是⽤航向⾓、俯仰⾓和圆滚⾓三个欧拉⾓表⽰。
yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航⾓。野兔的生活习性
roll是围绕Z轴旋转，也叫横滚⾓（翻滚⾓）。
pitch：
机体坐标系X轴与⽔平⾯的夹⾓。
当X轴的正半轴位于过坐标原点的⽔平⾯之上（抬头）时，俯仰⾓为正，否则为负。
pitch是围绕X轴旋转，也叫做俯仰⾓。
yaw：
机体坐标系xb轴在⽔平⾯上投影与地⾯坐标系xg轴（在⽔平⾯上，指向⽬标为正）之间的夹⾓，
由xg轴逆时针转⾄机体xb的投影线时，偏航⾓为正，即机头右偏航为正，
反之为负。
yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航⾓。
rool：
机体坐标系zb轴与通过机体xb轴的铅垂⾯间的夹⾓，机体向右滚为正，
卢启迪反之为负。
roll是围绕Z轴旋转，也叫翻滚⾓。
DMP简介：
我们可以读出 MPU6050 的加速度传感器和⾓速度传感器的原始数据。不过这些原始数据，对想搞四轴之类的初学者来说，⽤处不⼤，我们期望得到的是姿态数据，也就是欧拉⾓：航向⾓（yaw）、横滚⾓（roll）和俯仰⾓（pitch）。有了这三个⾓，我们就可以得到当前四轴的姿态，这才是我们想要的结果。要得到欧拉⾓数据，就得利⽤我们的原始数据，进⾏姿态融合解算，这个⽐较复杂，知识点⽐较多，初学者 不易掌握。⽽ MPU6050 ⾃带了数字运动处理器，即 DMP，并且， InvenSense提供了⼀个 MPU6050 的嵌⼊式运动驱动库，结合MPU6050 的 DMP，可以将我们的原始数据，直接转换成四元数输出，⽽得到四元数之后，就可以很⽅便的计算出欧拉⾓，从⽽得到yaw、roll 和 pitch。使⽤内置的 DMP，⼤⼤简化了四轴的代码设计，且 MCU 不⽤进⾏姿态解算过程，⼤⼤降低了 MCU 的负
担，从⽽有更多的时间去处理其他事件，提⾼系统实时性。使⽤ MPU6050 的 DMP 输出的四元数是 q30 格式的，也就是浮点数放⼤了 2 的 30次⽅倍。
姿态⾓测量原理：
硬件设计：
采⽤ STM32F4 的 3 个普通 IO 连接 MPU6050， 本次设计基本流程：程序先初始化MPU6050 等外设，然后利⽤ DMP 库，初始化MPU6050 及使能 DMP，最后，在死循环⾥⾯不停读取：温度传感器、加速度传感器、陀螺仪、 DMP 姿态解算后的欧拉⾓等数据，通过串⼝上报给上位机（温度不上报），利⽤上位机软件（ANO_Tech 匿名四轴上位机_），可以实时显⽰ MPU6050 的传感器状态曲线，并显⽰ 3D 姿态，可以通过 KEY0 按键开启/关闭数据上传功能。同时，在 LCD 模块上⾯显⽰温度和欧拉⾓等信息。 DS0 来指⽰程序正在运⾏。所要⽤到的硬件资源如下：
1） 指⽰灯 DS0
2） KEY0 按键
3） TFTLCD 模块
4） 串⼝
5） MPU6050
这⾥主要分析mup6050。
从上图可以看出， MPU6050 通过三根线与 STM32F4 开发板连接，其中 IIC 总线时和 24C02
以及 WM8978 共⽤，接在 PB8 和 PB9 上⾯。 MPU6050 的中断输出，连接在 STM32F4 的 PC0
脚，不过本例程我们并没有⽤到中断。另外， AD0 接的 GND，所以 MPU6050 的器件地址是：
0X68。
软件设计：
⾸先我们在⼯程中 HARDWARE 分组下⾸先添加了 IIC ⽀持的底层驱动⽂件 myiic.c 和源⽂件myiic.h，因为我们的 mpu6050 通信接⼝是 IIC。同时我们还增加了 mpu6050.c 源⽂件和对应的头⽂件 mpu6050 ⽤来编写 mpu6050 相关的底层驱动。最后我们还 添 加 了DMP 驱 动 库 代 码 到 我 们 实 验 ⼯ 程 ， DMP 驱 动 库 代 码 包 含 inv_mpu.c 和inv_mpu_dmp_motion_driver.c 两个源⽂件，以及⼏个头⽂件。
由于 mpu6050.c ⾥⾯代码⽐较多，这⾥我就不全部列出来了，仅介绍⼏个重要的函数。
⾸先是： MPU_Init，该函数代码如下：
//初始化 MPU6050
//返回值:0，成功其他，错误代码
u8 MPU_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化 IIC 总线
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//复位 MPU6050
人工进化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
春夏秋冬话安全
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;
}
该函数对 MPU6050 进⾏初始化，该函数执⾏成功后，便可以读取传感器数据了。
然后再看 MPU_Get_Temperature、 MPU_Get_Gyroscope 和 MPU_Get_Accelerometer 等三个
函数，源码如下：
//得到温度值
//返回值：温度值(扩⼤了 100 倍)
short MPU_Get_Temperature(void)
{
u8 buf[2];
short raw; float temp;
MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf);
raw=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
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[6],res;
res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
{
*gx=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
*gy=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*gz=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
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[6],res;
res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
验证性因子分析
{
*ax=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
合成氨反应*ay=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*az=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;;
}
其中 MPU_Get_Temperature ⽤于获取 MPU6050 ⾃带温度传感器的温度值，然后MPU_Get_Gyroscope 和MPU_Get_Accelerometer 分别⽤于读取陀螺仪和加速度传感器的原
始数据。
最后看 MPU_Write_Len 和 MPU_Read_Len 这两个函数，代码如下
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议