STM32--MPU6050 DMP读角度总结

Posted 2021-05-16 QWQ_DIODA

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32--MPU6050 DMP读角度总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

我TM爆肝！！

MPU6050简介

在这里插入图片描述
MPU6050一般为六轴或九轴传感器

正常情况下为：

三轴陀螺仪（测角速度）
三轴加速度仪
三轴磁场轴（有些没有）

一般测量角度，陀螺仪和加速度仪就够了

若想测量角度，通过一些滤波算法，可以将所测速度和所测加速度转换成角度数据。

但是MPU6050自带DMP自结算，可将角度数据结算成为四元角，我们只需要移植并调用DMP库函数就行。

1.1、引脚说明

在这里插入图片描述
一般为六个引脚

SDA和SCL为IIC通讯引脚
VCC、GND不需要多讲
当获得数据INT引脚可触发EXIT中断，再中断中可以获得姿态角
AD0为IIC地址引脚，接GND和悬空地址为0X68，接VCC地址为0X69

DMP库简介

MPU6050自带的解算角度数据的dmp库。
结算数据速度最大可以达到200HZ。
根据我们上次讲的增量式PID教程。
200hz频率的数据获取完全可以够用了。

解算得出的数据为四元角数据

MPU6050初始化函数讲解（若使用DMP库则可以忽略）

MPU6050使用的是IIC通讯，由于STM32硬件IIC有bug，所以我们使用软件模拟IIC。
模拟IIC的代码就略了。
这里粘贴原子得代码。

u8 MPU_Init(void)
{ 
	u8 res; 
	MPU_IIC_Init();//初始化IIC总线
	MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);	//复位MPU6050
    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
	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轴为参考
		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;
}

这其中配置了

0x6B 电源管理寄存器1
0x6C 电源管理寄存器2
0x1B 陀螺仪设置寄存器
0x1C 加速度仪设置寄存器
0x19 陀螺仪分频采样寄存器
0x1A 配置寄存器
0X38 中断使能寄存器
0X6A 用户控制寄存器
0x23 FIFO使能寄存器
0X37 中断/旁路设置寄存器
0X75 器件地址寄存器

查找技术手册，对这些寄存器分析

1、电源管理寄存器1
在这里插入图片描述

BIT7：复位：1复位，复位结束后MPU硬件自动清零。
BIT6：1为睡眠模式（低功耗），0为正常工作模式，所以需要置零
BIT3：是否使能温度传感器，设置0使能。
BIT[2~0]：设置时钟设置001使用X轴为参考。
2、电源管理寄存器2
BIT[7-6]：控制低功耗得唤醒频率，暂且用不到罢
BIT[5-0]：控制陀螺仪和加速度仪xyz轴是进入待机模式，全部置0

3、陀螺仪配置寄存器
在这里插入图片描述
BIT[4-3]：设置陀螺仪量程。

0，±250°/S；
1，±500° /S；
2，±1000° /S；
3，±2000° /S
陀螺仪ADC分辨率为16位，我们设置为3
灵敏度为：65536/4000=16.4LSB/(° /S)

4、加速度仪配置寄存器
在这里插入图片描述
BIT[4-3]：

0，± 2g；
1，± 4g；
2，± 8g；
3，± 16g；
加速度仪的ADC分辨率为16位，我们设置为0
灵敏度为：65536/4=16384LSB/g

5、陀螺仪分频采样寄存器
在这里插入图片描述
BIT[7-0]：设置采样频率
公式为：采样频率 = 陀螺仪输出频率 /（1+BIT[7-0]）
这个采样频率的设置与配置寄存器的设置有关，我们先假定50HZ，陀螺仪频率为1Khz，那么
BIT[7-0] = 1000/50-1=19。

6、配置寄存器
在这里插入图片描述
BIT[2-0]：

带宽一般为采样频率得一半（你问我为啥，我也不知道，记住就完了）
所以取近似值20
BIT[2-0]就设置为100;

7、中断使能寄存器
在这里插入图片描述
BIT[7-0]全设置为0，关闭所有中断！！！;

8、用户控制寄存器
在这里插入图片描述
BIT5：置零，I2C主模式关闭

9、FIFO使能寄存器
在这里插入图片描述
全部置零，关闭FIFO寄存器！！

10、中断/旁路设置寄存器
在这里插入图片描述

BIT7：0时逻辑电平为低，1时逻辑电平为高
BIT6：0 INT引脚推挽,1 INT引脚OD
BIT5：0 INT引脚产生50微秒脉冲
BIT4：0 读取 INT_STATUS (寄存器 58)中断状态位清除。1，任何读取中断状态位清除
后四位略
所以设置0x80即低电平有效

11、WHO AM I
在这里插入图片描述
读取该寄存器，获取设备地址，检查IIC和元器件是否有问题。

DMP库移植

在这里插入图片描述
将这里面得六个文件复制粘贴至STM32得工程下
c文件中，需要修改得步骤已经有了

我们需要创建一个和注释中函数格式完全一致得函数来替代。
替代函数如下

/*********************************

	功能：写数据到MPU6050寄存器
	形参：reg_add为MPU6050寄存器地址，
				dat为MPU6050写入寄存器数据
	返回：无

**********************************/
uint8_t MPU6050_WriteReg(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr,unsigned char length, unsigned char const *data)
{
	uint8_t i;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte((slave_addr<<1)|0);
	if(IIC_Wait_Ack())
	{
		IIC_Stop();
		return 3;
	}
	IIC_Send_Byte(reg_addr);
	IIC_Wait_Ack();
	for(i=0;i<length;i++)
	{
		IIC_Send_Byte(data[i]);
		if(IIC_Wait_Ack())
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_Stop();
	
	return 0;
}

/*********************************

	功能：从MPU6050数据寄存器中读数据
	形参：reg_add为MPU6050数据寄存器地址，
					*dat 为MPU6050读取所得数据
					num	 为数据长度
	返回：无

**********************************/
uint8_t MPU6050_ReadData(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr,unsigned char length, unsigned char *data)
{
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte((slave_addr<<1)|0);
	if(IIC_Wait_Ack())
	{
		IIC_Stop();
		return 1;
	}
	IIC_Send_Byte(reg_addr);
	IIC_Wait_Ack();
	IIC_Stop();
	
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte((slave_addr<<1)+1);
	IIC_Wait_Ack();
	
	while(length){
		if(length == 1)
			*data=IIC_Read_Byte(0);
		else
			*data=IIC_Read_Byte(1);
		length--;
		data++;
	}
	IIC_Stop();
	return 0;
}

/*********************************

	功能：获取时间戳
	形参：*count传递数据
	返回：无

**********************************/
void stm32_get_ms(unsigned long *count)
{
	*count = HAL_GetTick();
}

/*********************************

	功能：延迟时间
	形参：num_ms表示ms时间
	返回：无

**********************************/
void stm32_Delay_ms(unsigned long num_ms)
{
	HAL_Delay(num_ms);
}

修改文件
inv_mpu.c
将
在这里插入图片描述
修改为

并将包含文件改变成自己得包含文件

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include "inv_mpu.h"
#include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h"
#include "mpu6050.h"
#include "spi.h"
#include "main.h"

inv_mpu_dmp_motion_drive.c中同理
在这里插入图片描述
同时，大部分教程中都没写的部分，在DMP驱动文件中，还有一个motion_driver_test.c的文件！！！！
里面也有重要的函数！！很多教程都是直接跳过了，导致我看了好长时间也不懂。
这个文件里有方向转换的函数，自检函数，还有可以学习参考的主函数！！！
我们需要将此文件中的
在这里插入图片描述

这两个函数复制粘贴进我们的工程中，并使inv_mpu_dmp_motion_drive.c和inv_mpu.c调用它！！！

如果此时移植完编译仍不通过，将错误行注释掉就行！！

DMP库初始化讲解

/**************************************************

	功能：DMP初始化
	形参：无
返回值：0：成功
		 其它：失败

***************************************************/
uint8_t DMP_Init(void)
{
	uint8_t res = 0;
	uint8_t RES = 0;
	RES = mpu_init();
	if(RES == 0)
	{
		res = mpu_set_sensors(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);
		if(res)return 88;
		res=mpu_configure_fifo(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);//设置FIFO
		if(res)return 2; 
		res=mpu_set_sample_rate(100);	//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|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(100);	//设置DMP输出速率(最大不超过200Hz)
		if(res)return 7; 
		run_self_test();
		res=mpu_set_dmp_state(1);	//使能DMP
		if(res)return 9; 
	}
	else
		return RES;
	for(uint16_t rd=0; rd<300; rd++)				
		{
			//读取MPU内置DMP的姿态
			read_dmp(&pitch,&roll,&yaw);
			HAL_Delay(20);
		}
	return 0;
}

DMP库中存在mpu_init();函数，因此，先前得初始化可以注释掉了（前面的只是为了熟悉或者读取生数据所需）
首先是初始化MPU

让后另一个重点是
在这里插入图片描述

保证读取没有问题。

最后就是四元角的换算

/**************************************************

	功能：DMP读取
	形参：传递读取数据
返回值：0：成功
		 其它：失败

***************************************************/
uint8_t read_dmp(float *pitch, float *roll, float *yaw)
{
	uint8_t more;
	long quat[4];				//四元数
	int16_t gyro[3], accel[3], sensors;
	unsigned long sensor_timestamp;//传感器时间戳
	
	float q0 = 1.0f,q1 = 0.0f,q2 = 0.0f,q3 = 0.0f;
	
	if(dmp_read_fifo(gyro, accel, quat, &sensor_timestamp, &sensors, &more))
		return 1;
	if(sensors & 0x100)
	{
		q0 = quat[0]/q30;
		q1 = quat[1]/q30;
		q2 = quat[2]/q30;
		q3 = quat[3]/q30;
		
		*pitch = asin(-2*q1*q3 + 2*q0*q2)* 57.3f;																	//四元数解算, 俯仰角(Pitch)-->绕着X轴旋转
		*roll  = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3f;	//四元数解算, 翻滚角(Roll)-->绕着Y轴旋转
		*yaw   = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3f;								//四元数解算, 偏航角(Yaw)-->绕着Z轴旋转
		
		return 0;
	}
	
	else
		return 2;
}

读取数据排错检查

初始化函数中定义res
用串口发送res的数值来检查程序哪一步出错

常见错误
1、FIFO没开，再初始化前先用寄存器打开FIFO
2、mpu多次初始化
3、移植问题，有些警告没有注释
4、芯片损坏

以上是关于STM32--MPU6050 DMP读角度总结的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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