STM32—驱动六轴MPU6050输出欧拉角

一.MPU6050介绍

1.MPU6050与陀螺仪、加速度计的关系：

MPU6050是InvenSense公司推出的一款全球首款的整合性9轴运动处理传感器，其最大的特色就是：消除了陀螺仪和加速度计的误差，将陀螺仪和加速度计组合在一起，而且缩小了空间。关于陀螺仪、加速度计和MPU6050之间的关系之前在一篇博客中已经做了介绍：博客链接

2.整体概括

MPU6050内部整合了三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，而且还可以连接一个第三方数字传感器（比如：磁力计），这样的话，就可以通过IIC接口输出一个9轴信号。
更加方便的是，有了DMP，可以结合InvenSense公司提供的运动处理资料库，实现姿态解算。通过自带的DMP，可以通过IIC接口输出9轴融合演算的数据，大大降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时也降低了开发难度。

特点：
① 以数字形式输出 6 轴或 9 轴（需外接磁传感器）的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧
拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据（需 DMP 支持）
② 具有 131 LSBs/° /sec 敏感度与全格感测范围为±250、±500、±1000 与±2000° /sec
的 3 轴角速度感测器(陀螺仪)
③ 集成可程序控制，范围为±2g、±4g、±8g 和±16g 的 3 轴加速度传感器
④ 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的飘移
⑤ 自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演算
数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷
⑥ 内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了客户须另外进行校正的需求
⑦ 自带一个数字温度传感器
⑧ 带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS
⑨ 可程序控制的中断(interrupt)，支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降
中断、 high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能
⑩ VDD 供电电压为 2.5V±5%、 3.0V±5%、 3.3V±5%； VLOGIC 可低至 1.8V± 5%
⑪ 陀螺仪工作电流： 5mA，陀螺仪待机电流： 5uA； 加速器工作电流： 500uA，加速器省
电模式电流： 40uA@10Hz
⑫ 自带 1024 字节 FIFO，有助于降低系统功耗
⑬ 高达 400Khz 的 IIC 通信接口
⑭ 超小封装尺寸： 4x4x0.9mm（QFN）

其检测轴如图所示：

3.引脚说明

如图，MPU6050一共有8个引脚，实际上输出六轴数据时，只用了5个：VCC、GND、SCL、SDA、AD0。下面介绍一下引脚：

• VCC：供电，3.3V即可
• GND：接地
• SCL：连接MCU的IIC时钟接口
• SAD：连接MCU的IIC数据接口
• XCL：连接外部设备的IIC时钟接口
• XAD：连接外部设备的IIC数据接口
• AD0：地址控制引脚（控制地址的最低位）
• INT：中断触发接口（不用）

XCL、XDA只有在连接外部设备（比如磁力计的时候才用），AD0用来控制MPU6050的地址，如果AD0低电平，地址就是0X68；如果AD0高电平，地址就是0X69。

4.基本配置及相关寄存器

MCU与MPU6050的通信是建立在IIC通信机制上的，在IIC的基础上，可以实现对MPU6050的寄存器的操作，而MPU6050的运作就是过对寄存器进行读写。所以，了解相关的寄存器和对寄存器的操作是很有必要的。MPU6050的寄存器相关资料都可以在数据手册中查到，下面介绍一下几个重要的寄存器：

电源管理寄存器1

地址：0X68
主要位的功能：

• DEVICE_RESET：控制复位，1表示复位，复位后会自动清零；
• SLEEP：控制MPU6050工作模式，1表示睡眠模式，0表示正常工作模式，复位后改位为1，要手动将改位清零；
• TEMP_DIS：使能温度传感器位，0代表使能；
• CLKSEL[2:0]：选择系统时钟源，一般采用PLL_X轴陀螺作为参考，具体的时钟源选择及相应位的值如图：

陀螺仪配置寄存器

地址：0X1B

主要位的功能：

• FS_SEL[1:0]：设置陀螺仪满量程范围：为0代表±250° /S、为1代表±500° /S、为2代表±1000° /S为3代表±2000° /S；

陀螺仪的分辨率是16位，所以在最大量程下灵敏度为： 65536/4000=16.4LSB/(° /S)。

加速度计配置寄存器

地址：0X1C

主要位的功能：

• AFS_SEL[1:0]：设置加速度计满量程范围：为 0代表±2g、为1代表±4g、为 2代表±8g、为 3代表±16g；

FIFO使能寄存器

地址：0X23

用来控制FIFO功能，相应位对应着相应的传感器FIFO功能，为0代表禁止，为1代表使能。注意：加速度传感器的三个轴的FIFO功能由一个位ACCEL_FIFO_EN控制。在简单读取传感器数据的情况下可以不使用FIFO。

陀螺仪采样率分频寄存器

地址：0X19

改寄存器用来设置MPU6050陀螺仪的采样频率，与之相关的是陀螺仪的输出频率，俩者关系是：采样频率 = 陀螺仪输出频率 / (1+SMPLRT_DIV)
陀螺仪输出频率与数字低通滤波器（DLPF）有关，DLPF滤波频率一般设置为采样率的一半。

温度传感器寄存器

地址：高八位0X41、低八位0X42
直接通过读取寄存器中的值来得到温度数据，温度换算公式为：
Temperature = 36.53 + regval/340

二.代码详解

1.框架

我是用STM32驱动MPU6050，MPU6050输出原始的六轴数据，经过DMP处理（有库）得到四元数，再由四元数算出欧拉角：yaw、roll、pitch。由串口打印在电脑屏幕上。

• 首先，要做底层的IIC驱动，用来和MPU6050建立通信，我在mpu_iic.c中实现了；
• 然后，有了底层的驱动，就要写一些函数来与MPU6050交流了（通过读写寄存器），还可以写入命令、配置MPU6050、读取原始数据等等，这些操作我都写在mpu6050.c中，当然在mpu6050.h头文件中还包含了MPU各寄存器地址和相关指令。
• 通过mpu6050.c的实现，就可以读出原始六轴数据，下一步就是通过DMP将原始数据转换为四元数，这一步的DMP算法我水平有限，只能移植InvenSense公司提供的例程。关于移植DMP算法，由于DMP算法本质也是对MPU6050的操作，所以我们只需要向移植过来的算法提供：对MPU6050寄存器执行读和写的函数接口即可，最后通过移植过来的函数直接读出四元数！
• 然后，就是将四元数转换为欧拉角了，这个比较简单，一个函数就可以实现。
• 最后，打印串口到屏幕。

下面给出各函数文件

2.mpu_iic.c/mpu_iic.h

mpu_iic.h
主要是宏定义对引脚电平的操作和进行函数声明。

#ifndef __MPU_IIC_H
#define __MPU_IIC_H

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"

/* 宏定义引脚电平操作函数 */
#define MPU_SDA_IN()  {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;}
#define MPU_SDA_OUT() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;}  


#define MPU_IIC_SDA_1() GPIO_SetBits( GPIOB, GPIO_Pin_11 )
#define MPU_IIC_SDA_0() GPIO_ResetBits( GPIOB, GPIO_Pin_11 )

#define MPU_IIC_SCL_1() GPIO_SetBits( GPIOB, GPIO_Pin_10 )
#define MPU_IIC_SCL_0() GPIO_ResetBits( GPIOB, GPIO_Pin_10 )

#define MPU_IIC_AD0_1() GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_15 )
#define MPU_IIC_AD0_0() GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_15 )

#define MPU_IIC_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit( GPIOB, GPIO_Pin_11 )

#define MPU_IIC_Delay() delay_us(2)

/* 函数声明 */
void MPU_IIC_Init( void );
void MPU_IIC_Start( void );
void MPU_IIC_Stop( void );
uint8_t MPU_IIC_Wait_Ack( void );
void MPU_IIC_Ack( void );
void MPU_IIC_NAck( void );
void MPU_IIC_Send_Byte( uint8_t data );
uint8_t MPU_IIC_Read_Byte( uint8_t ack );

#endif

mpu_iic.c
通过软件模拟IIC的代码，没什么好说的。

#include "mpu_iic.h"
#include "usart.h"

/*
IIC接口引脚配置
SDA:PB11
SCL:PB10
AD0:PB2
*/
void MPU_IIC_Init( void )
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
	GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStruct );
	
	MPU_IIC_SDA_1();
	MPU_IIC_SCL_1();

}


void MPU_IIC_Start( void )
{
	MPU_SDA_OUT();
	
	MPU_IIC_SDA_1();
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SDA_0();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SCL_0();
}

void MPU_IIC_Stop( void )
{
	MPU_SDA_OUT();
	
	MPU_IIC_SDA_0();
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SDA_1();
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	
}

/* 由从设备在SCL为高电平的时候拉低SDA作为应答 
返回值：1：未应答
        0：已应答
*/
uint8_t MPU_IIC_Wait_Ack( void )
{
	uint8_t count;
	MPU_SDA_IN();
	
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SDA_1();
	delay_us(2);
	
	while( MPU_IIC_SDA_READ()==1 )
	{
		count++;
		if( count>250 )
		{
			MPU_IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}	
	MPU_IIC_SCL_0();
	return 0;
}


void MPU_IIC_Ack( void )
{
	
	MPU_IIC_SCL_0();
	MPU_SDA_OUT();
	MPU_IIC_SDA_0();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SCL_0();
	
}


void MPU_IIC_NAck( void )
{
	
	
	MPU_IIC_SCL_0();
	MPU_SDA_OUT();
	MPU_IIC_SDA_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SCL_1();
	delay_us(2);
	MPU_IIC_SCL_0();
}


/* 发送一个字节数据，高位先行 */
void MPU_IIC_Send_Byte( uint8_t data )
{
	uint8_t t;
	MPU_SDA_OUT();
	
	MPU_IIC_SCL_0();
	for( t=0;t<8;t++ )
	{
		if( ((data&0x80)>>7)==1 )
			MPU_IIC_SDA_1();
		else
			MPU_IIC_SDA_0();
		data<<=1;
		MPU_IIC_SCL_1();
		delay_us(2);
		MPU_IIC_SCL_0();
		delay_us(2);
	}
}


/* 读取一个字节，ack=1时，读取完成后主机发送应答 */
uint8_t MPU_IIC_Read_Byte( uint8_t ack )
{
	uint8_t t,data=0;
	MPU_SDA_IN();
	for( t=0;t<8;t++ )
	{
		MPU_IIC_SCL_0();
		delay_us(2);//等待SDA的变化
		MPU_IIC_SCL_1();
		
		data<<=1;//必须在读取前面，因为之后一位读取后就不再移位
		if( MPU_IIC_SDA_READ()==1 )
			data++;
		
		delay_us(2);//等待SDA的变化
		
	}

	if( !ack )
		MPU_IIC_NAck();//发送nACK
    else
        MPU_IIC_Ack(); //发送ACK 
	return data;
}

3.mpu6050.c/mpu6050.h

mpu6050.h
主要是定义MPU相关寄存器的地址，和进行函数声明。

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H

#include "stm32f10x.h"
#include "mpu_iic.h"


/* AD0接地，MPU6050的IIC地址为0x68   接3.3V就为0x69*/
#define MPU_ADDR				0X68

/************** MPU6050相关寄存器地址 *********************/
#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




/* 函数声明 */
uint8_t MPU_Read_Byte( uint8_t reg );
uint8_t MPU_Write_Byte( uint8_t reg, uint8_t data );
uint8_t MPU_Read_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf );
uint8_t MPU_Write_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf );

uint8_t MPU_Init( void );


uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr( uint8_t fsr );
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr( uint8_t fsr );
uint8_t MPU_Set_LPF( uint16_t lpf );
uint8_t MPU_Set_Rate( uint16_t rate );
short MPU_Get_Temperature( void );
uint8_t MPU_Get_Gyroscope( short *gx, short *gy, short *gz );
uint8_t MPU_Get_Accelerometer( short *ax, short *ay, short *az );

#endif

mpu6050.c
最为重要的一部分代码，包括了对MPU6050的一系列基本配置和读取原始数据的操作，代码都注解的很详细了。
AD0引脚用了PA15，所以要GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable，换个引脚也可以。

#include "mpu6050.h"
#include "usart.h"

/**
  * @brief  ：初始化MPU
  * @param  ：None
  * @retval ：0：初始化完成
*/
uint8_t MPU_Init( void )
{
	uint8_t k=1;
	
	uint8_t res;
	
	 GPIO_InitTypeDef  GPIO_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);
	MPU_IIC_AD0_0();
	MPU_IIC_Init();
	/* 设置MPU6050地址为0X68,并初始化IIC总线 */
	
	
	/* MPU_PWR_MGMT1_REG：电源管理寄存器 */
	MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X80 );//复位MPU6050
//	printf("读寄存器值：%02X\n",MPU_Read_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG ));
	delay_ms(100);
	MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X00 );//唤醒MPU6050
	
	/* 设置陀螺仪量程：±2000dps
	 设置加速度计量程：±2g
	     设置采样频率：50Hz（低通滤波器频率100Hz）   */
	MPU_Set_Gyro_Fsr( 3 );
	MPU_Set_Accel_Fsr( 0 );
	MPU_Set_Rate( 50 );
	
	MPU_Write_Byte( MPU_INT_EN_REG, 0X00 );   //关闭所有中断
	
	MPU_Write_Byte( MPU_USER_CTRL_REG, 0X00 );//关闭IIC主模式
	MPU_Write_Byte( MPU_FIFO_EN_REG, 0X00 );  //关闭FIFO
	MPU_Write_Byte( MPU_INTBP_CFG_REG, 0X80 );//设置INT引脚低电平有效
	
	
	res = MPU_Read_Byte( MPU_DEVICE_ID_REG ); //读取MPU6050ID
  printf("ID:%X\n",res);
	/* 确认ID */
	if( res==MPU_ADDR )
	{
		MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT1_REG, 0X01 );//以PLL X轴作为时钟参考
		MPU_Write_Byte( MPU_PWR_MGMT2_REG, 0X00 );//使能陀螺仪和加速度计
		MPU_Set_Rate( 50 );
		return 0;
	}
	else
		return 1;
	
}



/**
  * @brief  ：读一个寄存器的值（8位）
  * @param  ：reg：寄存器地址
  * @retval ：读到寄存器的数据
*/
uint8_t MPU_Read_Byte( uint8_t reg )
{
	uint8_t data;
	
	MPU_IIC_Start();
	/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
	MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|0 );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	/* 写入寄存器地址 */
	MPU_IIC_Send_Byte( reg );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	
	MPU_IIC_Start();
	/* 对MPU6050发送读命令 */
	MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|1 );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	/* 读取寄存器的值 */
	data = MPU_IIC_Read_Byte( 0 );
	MPU_IIC_Stop();
	return data;
}


/**
  * @brief  ：在指定寄存器中写入数据（8位）
  * @param  ：reg：寄存器地址
             data：要写入寄存器的数据
  * @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Write_Byte( uint8_t reg, uint8_t data )
{
	MPU_IIC_Start();
	/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
	MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|0 );
	if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
	{
		MPU_IIC_Stop();
		return 1;
	}
	/* 写入寄存器地址 */
	MPU_IIC_Send_Byte( reg );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	
	/* 发送要写入的数据 */
	MPU_IIC_Send_Byte( data );
	if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
	{
		MPU_IIC_Stop();
		return 1;
	}
	MPU_IIC_Stop();
	return 0;
}



/**
  * @brief  ：连续读取寄存器中的数据
  * @param  ：reg：寄存器地址
              len：要读取数据的长度（以Byte为单位）
             *buf：存储读取到的数据
  * @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Read_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf )
{
	
	MPU_IIC_Start();
	/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
	MPU_IIC_Send_Byte( (addr<<1)|0 );
	if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
	{
		MPU_IIC_Stop();
		return 1;
	}
	/* 写入寄存器地址 */
	MPU_IIC_Send_Byte( reg );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	
	MPU_IIC_Start();
	/* 对MPU6050发送读命令 */
	MPU_IIC_Send_Byte( (MPU_ADDR<<1)|1 );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	while( len )
	{
		/* 如果只读一位，不发送应答 */
		if( len==1 )
			*buf = MPU_IIC_Read_Byte( 0 );
		else
			*buf = MPU_IIC_Read_Byte( 1 );
		len--;
		buf++;
	}
	MPU_IIC_Stop();
	return 0;
}



/**
  * @brief  ：连续在寄存器中写入数据
  * @param  ：reg：寄存器地址
              len：要写入数据的长度（以Byte为单位）
             *buf：要写入寄存器的数据
  * @retval ：正常返回0
*/
uint8_t MPU_Write_Continue( uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t len, uint8_t *buf )
{
	uint8_t i;
	
	MPU_IIC_Start();
	/* 发送MPU6050器件地址，还有写命令（最低位是0） */
	MPU_IIC_Send_Byte( (addr<<1)|0 );
	if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
	{
		MPU_IIC_Stop();
		return 1;
	}
	/* 写入寄存器地址 */
	MPU_IIC_Send_Byte( reg );
	MPU_IIC_Wait_Ack();
	
	i=0;
	while( len )
	{
		MPU_IIC_Send_Byte( buf[i] );
		i++;
		if( MPU_IIC_Wait_Ack() )
		{
			MPU_IIC_Stop();
			return 1;
		}
		len--;
	}
	
	MPU_IIC_Stop();
		return 0;
}




/**
  * @brief  ：设置陀螺仪量程
  * @param  ：fsr:0：±250dps
                  1：±500dps
									2：±1000dps
									3：±2000dps
  * @retval ：0：设置成功
              1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr( uint8_t fsr )
{
	return MPU_Write_Byte( MPU_GYRO_CFG_REG, fsr<<3 );
}


/**
  * @brief  ：设置加速度计量程
  * @param  ：fsr:0：±2g
                  1：±4g
									2：±8g
									3：±16g
  * @retval ：0：设置成功
              1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr( uint8_t fsr )
{
	return MPU_Write_Byte( MPU_ACCEL_CFG_REG, fsr<<3 );
}


/**
  * @brief  ：设置低通滤波器频率
  * @param  ：Hz：频率
  * @retval ：0：设置成功
              1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_LPF( uint16_t lpf )
{
	uint8_t 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);
}


/**
  * @brief  ：设置采样频率
  * @param  ：Hz：4~1000Hz
  * @retval ：0：设置成功
              1：设置失败
*/
uint8_t MPU_Set_Rate( uint16_t rate )
{
	uint8_t data;
	if(rate>1000)
		rate=1000;
	if(rate<4)
		rate=4;
	data=1000/rate-1;
	/* 采样频率 */
	data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);	
 	return MPU_Set_LPF(rate/2);	//自动设置LPF为采样率的一半
}


/**
  * @brief  ：获取温度值
  * @param  ：None
  * @retval ：扩大了100倍的温度值(实际上为了保留俩位小数)
*/
short MPU_Get_Temperature( void )
{
	uint8_t buf[2];
	uint16_t raw;//存储原始温度值
	float temp;
	
	/* MPU_TEMP_OUTH_REG：温度值的高八位寄存器0X41
	   MPU_TEMP_OUTL_REG：温度值的低八位寄存器0X42
	   连续读出16位温度值*/
	MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_TEMP_OUTH_REG, 2, buf );
	/* 读取原始温度值 */
	raw = ( ( uint16_t )buf[0]<<8 )|buf[1];
	/* 转换温度值 */
	temp = 36.53+( (double)raw )/340;
	
	/* 保留俩位小数，小数转换为整数时会舍去小数部分 */
	return temp*100;
}


/**
  * @brief  ：获取陀螺仪值
  * @param  ：gx、gy、gz：是陀螺仪x、y、z轴的原始读数（16位）
  * @retval ：0：获取成功
              1：获取失败
*/
uint8_t MPU_Get_Gyroscope( short *gx, short *gy, short *gz )
{
	uint8_t buf[6],res;
	
	/* MPU_GYRO_XOUTH_REG：x轴高八位寄存器
    三个轴的寄存器地址是连续的，先高位，后低位	*/
	if( (res=MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_GYRO_XOUTH_REG, 6, buf ))==0 )
	{
		*gx = ((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];
		*gy = ((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];
		*gz = ((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
	}
	
	return res;
}



/**
  * @brief  ：获取加速度计值
  * @param  ：ax、ay、az：是加速度计x、y、z轴的原始读数（16位）
  * @retval ：0：获取成功
              1：获取失败
*/
uint8_t MPU_Get_Accelerometer( short *ax, short *ay, short *az )
{
	uint8_t buf[6],res;
	
	/* MPU_ACCEL_XOUTH_REG：x轴高八位寄存器
    三个轴的寄存器地址是连续的，先高位，后低位	*/
	if( (res=MPU_Read_Continue( MPU_ADDR, MPU_ACCEL_XOUTH_REG, 6, buf ))==0 )
	{
		*ax = ((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];
		*ay = ((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];
		*az = ((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
	}
	
	return res;
}

4.DMP相关代码

要想使用DMP求欧拉角的代码，包含下面这几个文件即可，下面列出接口函数，到时候使用时直接使用接口函数即可。

向DMP算法提供的接口宏定义
只需要提供：对MPU6050的读写操作函数和延时函数即可

#define i2c_write   MPU_Write_Continue
#define i2c_read    MPU_Read_Continue
#define delay_ms    delay_ms

DMP初始化

//mpu6050,dmp初始化
//返回值:0,正常
//    其他,失败
uint8_t mpu_dmp_init(void)
{
	uint8_t res=0;
	MPU_IIC_Init(); 	//初始化IIC总线
	if(mpu_init()==0)	//初始化MPU6050
	{	 
		res=mpu_set_sensors(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);//设置所需要的传感器
		if(res)return 1; 
		res=mpu_configure_fifo(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);//设置FIFO
		if(res)return 2; 
		res=mpu_set_sample_rate(DEFAULT_MPU_HZ);	//设置采样率
		if(res)return 3; 
		res=dmp_load_motion_driver_firmware();		//加载dmp固件
		if(res)return 4; 
		res=dmp_set_orientation(inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation));//设置陀螺仪方向
		if(res)return 5; 
		res=dmp_enable_feature(DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT|DMP_FEATURE_TAP|	//设置dmp功能
		    DMP_FEATURE_ANDROID_ORIENT|DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL|DMP_FEATURE_SEND_CAL_GYRO|
		    DMP_FEATURE_GYRO_CAL);
		if(res)return 6; 
		res=dmp_set_fifo_rate(DEFAULT_MPU_HZ);	//设置DMP输出速率(最大不超过200Hz)
		if(res)return 7;   
		res=run_self_test();		//自检
		if(res)return 8;    
		res=mpu_set_dmp_state(1);	//使能DMP
		if(res)return 9;     
	}else return 10;
	return 0;
}

获取欧拉角

//得到dmp处理后的数据(注意,本函数需要比较多堆栈,局部变量有点多)
//pitch:俯仰角 精度:0.1°   范围:-90.0° <---> +90.0°
//roll:横滚角  精度:0.1°   范围:-180.0°<---> +180.0°
//yaw:航向角   精度:0.1°   范围:-180.0°<---> +180.0°
//返回值:0,正常
//    其他,失败
uint8_t mpu_dmp_get_data(float *pitch,float *roll,float *yaw)
{
	float q0=1.0f,q1=0.0f,q2=0.0f,q3=0.0f;
	unsigned long sensor_timestamp;
	short gyro[3], accel[3], sensors;
	unsigned char more;
	long quat[4]; 
	if(dmp_read_fifo(gyro, accel, quat, &sensor_timestamp, &sensors,&more))return 1;	 
	/* Gyro and accel data are written to the FIFO by the DMP in chip frame and hardware units.
	 * This behavior is convenient because it keeps the gyro and accel outputs of dmp_read_fifo and mpu_read_fifo consistent.
	**/
	/*if (sensors & INV_XYZ_GYRO )
	send_packet(PACKET_TYPE_GYRO, gyro);
	if (sensors & INV_XYZ_ACCEL)
	send_packet(PACKET_TYPE_ACCEL, accel); */
	/* Unlike gyro and accel, quaternions are written to the FIFO in the body frame, q30.
	 * The orientation is set by the scalar passed to dmp_set_orientation during initialization. 
	**/
	if(sensors&INV_WXYZ_QUAT) 
	{
		q0 = quat[0] / q30;	//q30格式转换为浮点数
		q1 = quat[1] / q30;
		q2 = quat[2] / q30;
		q3 = quat[3] / q30; 
		//计算得到俯仰角/横滚角/航向角
		*pitch = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3;	// pitch
		*roll  = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3;	// roll
		*yaw   = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3;	//yaw
	}else return 2;
	return 0;
}

5.mian()函数

主函数中对MPU6050进行初始化后，对DMP也进行初始化，然后就可以直接使用mpu_dmp_get_data()获取欧拉角，还可以获取温度值。

#include "stm32f10x.h"   
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "mpu6050.h"
#include "inv_mpu.h"
#include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" 

int main(void)
{
	uint8_t x=0;
	float pitch,roll,yaw; 		//欧拉角
	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( 2 );
	delay_init();
	USART1_Init(115200);	
	printf("程序开始\n");
	
	if( MPU_Init()!=0 )
	{
		printf("MPU6050初始化错误！\n");
		return 0;
	}
		
	if( mpu_dmp_init() )
	{
		printf("DMP初始化错误！\n");
		return 0;
	}
	while(1)
	{
		if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0)
		{ 
			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
		}
		delay_ms(100);
		printf("pitch:%02f  roll:%02f  yaw:%02f\n",pitch,roll,yaw);
	}

}

这就是我理解的MPU6050，后续做平衡小车的时候要读取欧拉角，先总结一下，有什么问题可以和我交流一下，大家一起进步！！！
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