MPU6050模塊

一：MPU6050簡介

輸出一個隨姿態變化而變化的電壓，想要量化電壓，就得使用ADC轉化

歐拉角

偏航角（Yaw）：也叫航向角，通常是繞 z 軸旋轉的角度，以 x 軸正向為起始邊，旋轉后 x 軸在 xOy 平面上的投影與起始邊的夾角就是偏航角，范圍一般是 [-π, π] 。例如，在飛機飛行中，偏航角表示飛機機頭相對于初始航向的左右偏轉角度。

俯仰角（Pitch）：是繞 y 軸旋轉的角度，以 x 軸正向為起始邊，旋轉后 x 軸與 xOz 平面的夾角就是俯仰角，范圍一般是 [-π/2, π/2] 。對于飛機來說，俯仰角反映飛機機頭的上下仰俯程度。

滾轉角（Roll）：繞 x 軸旋轉的角度，以 y 軸正向為起始邊，旋轉后 y 軸與 yOz 平面的夾角就是滾轉角，范圍一般是 [-π, π] 。比如飛機飛行時，機翼的傾斜狀態就由滾轉角體現。

加速度計具有靜態穩定性，不具備動態穩定性

陀螺儀具有動態穩定性，不具有靜態穩定性

兩組數據相互融合，就可以得到姿態角

參數

0X68為從機地址，左移一位再按位或上讀寫位（1/0）

把0X68左移一位后的數據作為，從機地址0XD0

讀0XD0 或上0X01記0XD1為讀

寫 0XD0 或上 0x00 記0XD0 為寫，就是把讀寫位融入從機地址

硬件電路圖

通信引腳（SDA/SCL、XDA/XCL）

SDA/SCL：主 I2C 總線，直連主機（如 STM32），支持掛載多設備（如磁場傳感器），簡化拓撲。

XDA/XCL：從 I2C 總線，用于級聯從設備，因控制復雜、效率低，實際少用，優先選 “多設備共 SDA/SCL” 方案。

?XCL 和XDA通常用于外接磁力計，或氣壓計，主機能直接讀取數據

?地址配置（AD0）

7 位從機地址由?AD0?電平決定：

AD0=0（默認下拉）→ 地址?0x68（二進制?1101000）；
AD0=1（接 VCC）→ 地址?0x69（二進制?1101001）。
可通過改?AD0?電平，實現同一總線掛多個 MPU6050（需硬件改引腳）。

?中斷引腳（INT）

功能豐富：支持 “數據就緒、I2C 錯誤、自由落體、零運動檢測” 等事件觸發。
價值：主機無需輪詢寄存器，靠中斷快速響應，適合低功耗 / 高實時性場景（如運動控制、傳感器融合）。

供電邏輯（VDD、VCC-5V、LDO）

VDD：核心供電（2.375 - 3.46V），需精準穩壓，不可直連 5V。
VCC-5V：寬壓輸入（3.3 - 5V），經板載 LDO 轉 3.3V 供內部電路，適配不同電源環境。

內部框圖

陀螺儀內部是需要高電壓支持的所以，用了電荷泵進行升壓

時鐘源一般選擇內置時鐘源，或者陀螺儀內部晶振時鐘

由于電容的電荷量少，所以需要充電和放電的過程來回轉化，就可以持續穩定升壓，再經過濾波器，就得到穩定的10v電壓

使用

寫字節時，要先解除睡眠模式

寄存器

運動傳感器

SMPLRT_DIV：采樣率分頻器，用于設置傳感器數據輸出的采樣率分頻系數，SMPLRT_DIV[7:0]表示該寄存器是 8 位可讀寫（RW）的，通過設置不同數值調整采樣率。

CONFIG：配置，EXT_SYNC_SET[2:0]用于設置外部同步輸入的配置，DLPF_CFG[2:0]是數字低通濾波器（Digital Low Pass Filter ）配置，可設定濾波特性來處理信號噪聲等。

GYRO_CONFIG：陀螺儀配置，FS_SEL[1:0]用于選擇陀螺儀的滿量程范圍（Full Scale Select ），決定陀螺儀可測量的角速度范圍。

ACCEL_CONFIG：加速度計配置，XA_ST、YA_ST、ZA_ST分別是 X、Y、Z 軸的自測試（Self - Test ）使能位；AFS_SEL[1:0]選擇加速度計的滿量程范圍（Accelerometer Full Scale Select ）；ACCEL_HPF[2:0]是加速度計高通濾波器（High Pass Filter ）配置，用于過濾低頻信號。

慣性測量單元（如 MPU6050 等傳感器）的寄存器映射表

加速度計數據寄存器：ACCEL_XOUT_H/L、ACCEL_YOUT_H/L、ACCEL_ZOUT_H/L?，分別存儲 X、Y、Z 軸加速度測量值的高 8 位和低 8 位，拼接成 16 位數據反映加速度大小。

溫度傳感器寄存器：TEMP_OUT_H/L?，存儲溫度測量值的高、低 8 位，組合為 16 位數據表示芯片溫度 .

陀螺儀數據寄存器：GYRO_XOUT_H/L、GYRO_YOUT_H/L、GYRO_ZOUT_H/L?，分別存儲 X、Y、Z 軸角速度測量值的高、低 8 位，拼接成 16 位數據體現角速度情況，這些寄存器用于讀取傳感器采集的運動、溫度數據。

電源管理寄存器

PWR_MGMT_1（電源管理 1）：可讀寫（RW），DEVICE_RESET用于設備復位；SLEEP控制睡眠模式；CYCLE使能循環模式；TEMP_DIS用于關閉溫度傳感器；CLKSEL[2:0]選擇系統時鐘源。

PWR_MGMT_2（電源管理 2）：可讀寫（RW），LP_WAKE_CTRL[1:0]配置低功耗喚醒控制；STBY_XA、STBY_YA、STBY_ZA分別使能加速度計 X、Y、Z 軸待機；STBY_XG、STBY_YG、STBY_ZG分別使能陀螺儀 X、Y、Z 軸待機，用于靈活控制傳感器各軸的功耗狀態。

設備 ID 寄存器

WHO_AM_I：只讀（R）寄存器，WHO_AM_[6:1]存儲設備自身的標識 ID ，用于主機通過 I2C 等總線讀取，識別設備型號、判斷設備是否正常連接，是傳感器通信初始化時常用的 “設備身份確認” 寄存器?。

二：I2C

物理層特性

I2C 協議僅需要兩根線即可實現通信：

SDA（Serial Data Line）：串行數據線
SCL（Serial Clock Line）：串行時鐘線

這兩根線都需要通過上拉電阻連接到電源，因此當總線上的所有設備都不驅動總線時，總線會保持高電平狀態。這種設計使得多個設備可以共享同一總線，實現多主多從的通信架構。

數據傳輸格式

I2C 通信以字節（8 位）為基本單位進行數據傳輸，每個字節后面會跟隨一個應答位（ACK/NACK）。數據傳輸時，最高位（MSB）先發送。

通信流程通常包括：

起始信號（Start Condition）
從設備地址（7 位或 10 位）+ 讀寫位
應答位（ACK/NACK）
數據傳輸
停止信號（Stop Condition）

硬件

時序圖?

起始信號的核心是 “當 SCL 為高電平時，SDA 出現下降沿（從高到低的跳變）”。要產生這個下降沿，必須先讓 SDA 處于高電平狀態，再在 SCL 保持高電平期間將 SDA 拉低。

停止信號（Stop）：當 SCL 為高電平時，SDA 由低電平變為高電平（上升沿），表示通信結束。

void MyI2C_Start(void)
{MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(0);	
}
void MyI2C_Stop(void)
{MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(1);
}

該函數通過循環逐位發送 8 位數據：先通過位運算將當前位輸出到 SDA 線，再拉高 SCL 讓從機讀取，最后拉低 SCL 準備下一位，按 I2C 時序完成 1 字節傳輸。?

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{uint8_t i;for(i=0;i<8;i++){//傳遞8位數據，這樣寫方便MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80>>i));MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);}
}

?整個過程遵循 I2C 時序：SCL 高電平時讀取 SDA 數據，低電平時準備下一位，確保數據按位（高位優先）正確接收。

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{uint8_t i,Byte=0x00;MyI2C_W_SDA(1);//先釋放for(i=0;i<8;i++){MyI2C_W_SCL(1);if(MyI2C_R_SDA()==1) {Byte |=(0x80 >>i);}MyI2C_W_SCL(0);}return Byte;
}

MyI2C_SendAck(uint8_t AckByte)：發送應答信號：每傳輸 1 字節數據后，接收方必須發送應答信號。若發送 “非應答”（1），通常表示數據傳輸結束或接收失敗。

MyI2C_ReceiveAck(void)：接收應答信號AckByte為 0 時表示接收成功，為 1 時表示接收失敗或需終止傳輸。?

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckByte)
{MyI2C_W_SDA(AckByte);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);
}	
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{uint8_t i,AckByte=0x00;MyI2C_W_SDA(1);//先釋放MyI2C_W_SCL(1);AckByte=MyI2C_R_SDA();MyI2C_W_SCL(0);return AckByte;
}

?三：MPU6050的邏輯

整個過程遵循 I2C “主設備寫從設備” 的標準流程：起始信號→設備地址（寫）→應答→寄存器地址→應答→數據→應答→停止信號，確保數據準確寫入 MPU6050 的目標寄存器?

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{MyI2C_Start();MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_SendByte(RegAddress);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_SendByte(Data);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_Stop();
}

uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint8_t Data;MyI2C_Start();MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_SendByte(RegAddress);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_Start();MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);MyI2C_ReceiveAck();Data = MyI2C_ReceiveByte();MyI2C_SendAck(1);MyI2C_Stop();return Data;
}

初始化

配置完后的檢測的數據都放到了相應的寄存器中

最后直接調用寄存器

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{uint8_t DataH, DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);*AccX = (DataH << 8) | DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);*AccY = (DataH << 8) | DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);*AccZ = (DataH << 8) | DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);*GyroX = (DataH << 8) | DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);*GyroY = (DataH << 8) | DataL;DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}