基於I2C總線的MPU6050學習筆記

MPU6050學習筆記

1. 簡述

一直想本身作個四軸飛行器，卻無從下手，終於狠下決心，拿出塵封已久的MPU6050模塊，開始摸索着數據手冊分析，一步一步地實現了MPU6050模塊的功能，從MPU6050模塊中讀取出加速度值和陀螺儀採樣值。

模塊以下圖所示：

2. 模塊簡介

MPU-60X0將3軸陀螺儀，3軸加速度計和數字運動處理器（DMP）組合在一塊兒。經過I2C總線能夠接受外部3軸羅盤的輸入，提供9軸輸出。

MPU-60X0具備三個用於數字化陀螺儀輸出的16位ADC轉換器和三個用於數字化加速度計輸出的16位ADC轉換器。
對於快速和慢速運動的精確跟蹤，這些器件具備用戶可編程的滿量程±250，±500，±1000和±2000°/秒（dps）的用戶可編程陀螺儀和用戶可編程加速度計滿量程 範圍爲±2g，±4g，±8g和±16g。

I2C通信速率400KHz，SPI通信速率1MHz（僅MPU-6000）。高速通信SPI通信速率20MHz（僅MPU-6000）。

MPU-60X0電源電壓範圍：2.375V ~ 3.46V

MPU-6000和MPU-6050相同，只是MPU-6050僅支持I2C接口，並具備單獨的VLOGIC參考引腳。MPU-6000支持I2C和SPI接口，並具備單電源引腳VDD。

MPU-60X0具備16位ADC和信號調理的三軸MEMS陀螺儀
MPU-60X0由三個獨立的振動MEMS速率陀螺儀組成，可檢測繞X軸，Y軸和Z軸的旋轉。 當陀螺儀圍繞任何感應軸旋轉時，科里奧利效應會引發由電容感應檢測到的振動。 所獲得的信號被放大，解調和濾波以產生與角速率成比例的電壓。 使用單獨的片內16位模數轉換器（ADC）對該電壓進行數字化，以對每一個軸進行採樣。 陀螺儀傳感器的滿量程範圍能夠數字編程爲±250，±500，±1000或±2000度/秒（dps）。 ADC採樣速率能夠從每秒8,000個採樣點編程到每秒3.9個採樣點，用戶可選的低通濾波器可實現寬範圍的截止頻率。

MPU-60X0的座標軸關係以下圖所示：

3. I2C通訊協議

參考I2C通訊協議

4. MPU6050寄存器讀寫

I2C通信中，主處理器芯片做爲主設備，MPU6050做爲從設備。

4.1 從設備地址

MPU6050做爲從設備使用時，有一個芯片自身的7位的設備地址，該地址爲：0b110100X，7位地址的LSB位由引腳AD0的值決定，這樣在一個板子的同一個I2C總線上能夠同時使用兩個MPU6050芯片，因此MPU6050的從設備地址爲：0b1101000（0x68，AD0爲低）或者0b1101001（0x69，AD0爲高）。

4.2 寫寄存器

主設備發送一個起始位（S），再發送I2C的從設備地址數據（由從7bit設備地址和1bit讀標誌位0組成），在第9個時鐘SCL爲高電平時，從設備發送應答信號（ACK）。接着，主設備發送從設備的寄存器地址（RA，8bit），等待從設備應答（ACK）後，主設備再發送要在寄存器中寫入的數據（8bit），等待從設備應答（ACK）後，能夠發送中止位（P）結束數據傳輸。

若是要寫多個寄存器，在上一步中能夠先不發中止位（P），而是繼續發送數據（8bit），這樣就能夠實現連續寫入多個寄存器數據了。MPU6050芯片會自動增長寄存器地址，並將連續寫入的數據字節，按順序依次寫入到相鄰的寄存器中。

兩種寫數據的格式以下圖所示：

4.3 讀寄存器

主設備發送一個起始位（S），再發送I2C的從設備地址數據（由從7bit設備地址和1bit寫標誌位0組成），在第9個時鐘SCL爲高電平時，從設備發送應答信號（ACK）。而後發送要讀取的寄存器地址，在接收到從設備發送的應答信號（ACK）後，主設備發送一個起始位（Sr），再發送從設備地址（由從7bit設備地址和1bit讀標誌位1組成 ）。從設備會發送一個應答信號（ACK），再發送寄存器中的數據（8bit）。主設備發送一個非應答信號（NOACK），和一箇中止位（P），中止I2C傳輸。

若是要讀取多個連續的寄存器，在上一步中不能發送非應答信號（NOACK）和中止位（P），而是要發送一個應答信號（ACK），等待下一個從設備發送的數據，直到最後一個數據接收完成後，主設備發送一個非應答信號（NOACK），和一箇中止位（P），中止I2C傳輸。

兩種讀寄存器數據的格式以下圖所示：

4.4 MPU6050通信中的簡寫符號

5. 總結

至此，I2C總線通信協議及MPU6050寄存器的讀寫已經介紹完畢，下一步就是用程序實現I2C通信，並經過I2C讀寫MPU6050的寄存器數據。具體內容，請參考下一節。

6. 參考資料

MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification Revision 3.4（MPU-6050_DataSheet_V3 4.pdf） MPU-6000 and MPU-6050 Register Map and Descriptions Revision 4.2（MPU-6000-Register-Map1.pdf）