MPU6050六軸傳感器模塊初始化教程

本期介紹的是六軸傳感器6050，之前在網上CSDN上看了許多關于MPU6050的介紹，感覺許多都是空話，真正實用的東西并不多，下面該模塊的程序我是先看的正點原子stm32單片機的例程之后一點一點移植到FPGA中的。這里只移植了初始化和讀取陀螺儀原始數據部分的程序，關于DMP嘛，因為個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，并可利用自帶的數字運動處理器DMP硬件加速引擎，該模塊與外界的通信方式為IIC協議，向應用后臺輸出姿態解算后的數據。

ATK-MPU6050模塊自帶DMP，通信協議為IIC、通信速率為400KHz、兼容3.3V和5V系統、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獲取數據之前首先需要對MPU6050進行初始化。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協議。

對于IIC協議的幾個狀態，此處我事先定義了幾個參數，wr寫狀態，sta起始狀態，rd讀狀態，sto停止狀態，ack有應答，nack無應答。

然后便開始編寫初始化MPU6050的時序，程序如下圖所示，最上面那幾行是復位后全部清零，en是一個計數器的使能端，en為0時停止計數，為1時開始計數。tx_data為IIC將要發送的數據寄存器。go為IIC通信的啟動端。cmd為當前IIC狀態的選擇端，因為有時IIC通信中需要起始位或結束位有時不需要，這里的cmd便可以作為選擇這些的端口。en_ms為毫秒計數的使能端。

首先要做的便是復位IIC，需要發送的數據有三部分，首先是發送器件ID和寫命令，然后就是發送復位地址，最后便是發送復位數據。

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

寫入數據之前，首先設置狀態cmd為起始信號sta和寫狀態wr，將sta與wr進行按位或便是選擇執行這兩項，sta與wr進行按位或后cmd的值便為6'b000_011。然后go賦值為1啟動IIC，tx_data寫入當前要傳輸的數據8'b1101_0000，然后跳轉到下一個狀態。

等tx_data寄存器內寫入數據后便可以關閉go，將go端口置0。然后等待IIC一個字節發送成功的標志信號，當trans_done置1后表示IIC一個字節發送完成。

接著便開始發送下一個數據，寫入復位地址，cmd選擇寫狀態，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寫入復位的地址，該地址為0x6B，在此處寫為8'h6B，h表示十六進制，地址賦給tx_data寄存器成功后便可以關閉go將其置0，然后等待IIC一個字節發送成功，同樣trans_done為1是IIC一個字節發送完成，這時便跳轉置下一個狀態。

復位地址發送完成之后便發送復位數據，同樣的道理，先給cmd寫入需要的狀態，此處需要寫狀態wr和停止信號sto，將wr與sto進行按位或，cmd的值便為6'b001_001，復位數據為0x80，此處寫為8'h80。

然后延時100ms。將en置1使能計數器，cnt_full為1時表示100ms計數值滿，然后關閉en停止計數。

此部分便是100ms計數器的寫法。

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

詳細步驟已經在第一部分詳細闡述了，后面幾乎都大同小異，首先是對cmd的狀態進行選擇，即有無起始信號或結束信號、是寫命令還是讀命令。然后便是需要寫入的數據tx_data，一次數據寫入完成之后標志信號trans_done置1后便可以跳轉到下一次數據的發送或讀取。

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

接下來便是加速度計的量程設置，首先還是發送器件地址和寫命令。然后便是發送加速度計的地址，該地址為8'h1C，地址數據發送完成之后便是發送設置加速度計量程的數據，這里加速度的量程設置為±2g，所以需要發送的數據為0x00。

然后便是配置數字低通濾波器的采樣率，首先發送器件地址和寫命令，然后寫入采樣頻率分頻器地址0x19。因為這里配置的是數字低通濾波器的采樣率為50HZ，所以發送的數據便為1000/50-1=19，最后發送設置采樣率的參數為十進制的19。

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

然后是關閉使能中斷，首先還是發送器件地址和寫命令，然后發送使能中斷地址8'h38，最后發送關閉使能數據8'h00。

關閉使能中斷后便是設置IIC主模式，首先發送器件地址和寫命令，然后發送控制寄存器地址8'h6A，最后發送關閉IIC主模式命令8'h00。

關閉FIFO，首先也是發送器件地址和寫命令，然后發送FIFO使能寄存器地址8'h23，最后發送關閉FIFO命令8'h00。

然后便是配置INT端口，此處INT需為低電平有效，首先還是先發送器件地址和寫命令，然后寫中斷/旁路設置寄存器地址8'h37，最后發送數據8'h80對INT進行設置。

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。首先還是先發送器件地址以及寫命令二進制數據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ID 0x68左移一位之后與1進行按位與運算，運算結果為8'h1101_0001，該值變為器件地址和讀命令，然后cmd配置為rd | sto，讀取狀態與停止信號按位或運算，cmd的值為6'b001_100，IIC通信的SDA數據端便開始讀取IIC傳輸過來的數據，讀取結束之后IIC產生一個結束位，此次讀取便結束了。然后便開始驗證讀取到的器件ID是否正確，若讀取的器件ID正確則開始進行下一步。

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

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

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

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

03數據的讀取

然后便可以開始讀數據了，這里我讀的是三軸陀螺儀的數據，三軸加速度的數據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據，即器件地址左移一位后與1進行按位或運算，運算得到的值為8'b1101_0001。接下來便可以開始讀取數據了。

此處讀取數據一共有6組，理論上三軸傳感器即X軸Y軸Z軸的數據應該是3組數據，這里之所以是6組數據是因為這三組數據都是16位的，而IIC讀取的數據都是8位的，所以相當于將這三組數據拆開讀的，先讀一組數據的前八位再讀這組數據的后八位，所以才有6組數據，上圖中程序的最后面便是將這6組數據重新組合成三組數據。