MPU6050模块

一：MPU6050简介

输出一个随姿态变化而变化的电压，想要量化电压，就得使用ADC转化

欧拉角

偏航角（Yaw）：也叫航向角，通常是绕 z 轴旋转的角度，以 x 轴正向为起始边，旋转后 x 轴在 xOy 平面上的投影与起始边的夹角就是偏航角，范围一般是 [-π, π] 。例如，在飞机飞行中，偏航角表示飞机机头相对于初始航向的左右偏转角度。

俯仰角（Pitch）：是绕 y 轴旋转的角度，以 x 轴正向为起始边，旋转后 x 轴与 xOz 平面的夹角就是俯仰角，范围一般是 [-π/2, π/2] 。对于飞机来说，俯仰角反映飞机机头的上下仰俯程度。

滚转角（Roll）：绕 x 轴旋转的角度，以 y 轴正向为起始边，旋转后 y 轴与 yOz 平面的夹角就是滚转角，范围一般是 [-π, π] 。比如飞机飞行时，机翼的倾斜状态就由滚转角体现。

加速度计具有静态稳定性，不具备动态稳定性

陀螺仪具有动态稳定性，不具有静态稳定性

两组数据相互融合，就可以得到姿态角

参数

0X68为从机地址，左移一位再按位或上读写位（1/0）

把0X68左移一位后的数据作为，从机地址0XD0

读0XD0 或上0X01记0XD1为读

写 0XD0 或上 0x00 记0XD0 为写，就是把读写位融入从机地址

硬件电路图

通信引脚（SDA/SCL、XDA/XCL）

SDA/SCL：主 I2C 总线，直连主机（如 STM32），支持挂载多设备（如磁场传感器），简化拓扑。

XDA/XCL：从 I2C 总线，用于级联从设备，因控制复杂、效率低，实际少用，优先选 “多设备共 SDA/SCL” 方案。

XCL 和XDA通常用于外接磁力计，或气压计，主机能直接读取数据

地址配置（AD0）

7 位从机地址由 AD0 电平决定：

AD0=0（默认下拉）→ 地址 0x68（二进制 1101000）；
AD0=1（接 VCC）→ 地址 0x69（二进制 1101001）。
可通过改 AD0 电平，实现同一总线挂多个 MPU6050（需硬件改引脚）。

中断引脚（INT）

功能丰富：支持 “数据就绪、I2C 错误、自由落体、零运动检测” 等事件触发。
价值：主机无需轮询寄存器，靠中断快速响应，适合低功耗 / 高实时性场景（如运动控制、传感器融合）。

供电逻辑（VDD、VCC-5V、LDO）

VDD：核心供电（2.375 - 3.46V），需精准稳压，不可直连 5V。
VCC-5V：宽压输入（3.3 - 5V），经板载 LDO 转 3.3V 供内部电路，适配不同电源环境。

内部框图

陀螺仪内部是需要高电压支持的所以，用了电荷泵进行升压

时钟源一般选择内置时钟源，或者陀螺仪内部晶振时钟

由于电容的电荷量少，所以需要充电和放电的过程来回转化，就可以持续稳定升压，再经过滤波器，就得到稳定的10v电压

使用

写字节时，要先解除睡眠模式

寄存器

运动传感器

SMPLRT_DIV：采样率分频器，用于设置传感器数据输出的采样率分频系数，SMPLRT_DIV[7:0]表示该寄存器是 8 位可读写（RW）的，通过设置不同数值调整采样率。

CONFIG：配置，EXT_SYNC_SET[2:0]用于设置外部同步输入的配置，DLPF_CFG[2:0]是数字低通滤波器（Digital Low Pass Filter ）配置，可设定滤波特性来处理信号噪声等。

GYRO_CONFIG：陀螺仪配置，FS_SEL[1:0]用于选择陀螺仪的满量程范围（Full Scale Select ），决定陀螺仪可测量的角速度范围。

ACCEL_CONFIG：加速度计配置，XA_ST、YA_ST、ZA_ST分别是 X、Y、Z 轴的自测试（Self - Test ）使能位；AFS_SEL[1:0]选择加速度计的满量程范围（Accelerometer Full Scale Select ）；ACCEL_HPF[2:0]是加速度计高通滤波器（High Pass Filter ）配置，用于过滤低频信号。

惯性测量单元（如 MPU6050 等传感器）的寄存器映射表

加速度计数据寄存器：ACCEL_XOUT_H/L、ACCEL_YOUT_H/L、ACCEL_ZOUT_H/L ，分别存储 X、Y、Z 轴加速度测量值的高 8 位和低 8 位，拼接成 16 位数据反映加速度大小。

温度传感器寄存器：TEMP_OUT_H/L ，存储温度测量值的高、低 8 位，组合为 16 位数据表示芯片温度 .

陀螺仪数据寄存器：GYRO_XOUT_H/L、GYRO_YOUT_H/L、GYRO_ZOUT_H/L ，分别存储 X、Y、Z 轴角速度测量值的高、低 8 位，拼接成 16 位数据体现角速度情况，这些寄存器用于读取传感器采集的运动、温度数据。

电源管理寄存器

PWR_MGMT_1（电源管理 1）：可读写（RW），DEVICE_RESET用于设备复位；SLEEP控制睡眠模式；CYCLE使能循环模式；TEMP_DIS用于关闭温度传感器；CLKSEL[2:0]选择系统时钟源。

PWR_MGMT_2（电源管理 2）：可读写（RW），LP_WAKE_CTRL[1:0]配置低功耗唤醒控制；STBY_XA、STBY_YA、STBY_ZA分别使能加速度计 X、Y、Z 轴待机；STBY_XG、STBY_YG、STBY_ZG分别使能陀螺仪 X、Y、Z 轴待机，用于灵活控制传感器各轴的功耗状态。

设备 ID 寄存器

WHO_AM_I：只读（R）寄存器，WHO_AM_[6:1]存储设备自身的标识 ID ，用于主机通过 I2C 等总线读取，识别设备型号、判断设备是否正常连接，是传感器通信初始化时常用的 “设备身份确认” 寄存器。

二：I2C

物理层特性

I2C 协议仅需要两根线即可实现通信：

SDA（Serial Data Line）：串行数据线
SCL（Serial Clock Line）：串行时钟线

这两根线都需要通过上拉电阻连接到电源，因此当总线上的所有设备都不驱动总线时，总线会保持高电平状态。这种设计使得多个设备可以共享同一总线，实现多主多从的通信架构。

数据传输格式

I2C 通信以字节（8 位）为基本单位进行数据传输，每个字节后面会跟随一个应答位（ACK/NACK）。数据传输时，最高位（MSB）先发送。

通信流程通常包括：

起始信号（Start Condition）
从设备地址（7 位或 10 位）+ 读写位
应答位（ACK/NACK）
数据传输
停止信号（Stop Condition）

硬件

时序图

起始信号的核心是 “当 SCL 为高电平时，SDA 出现下降沿（从高到低的跳变）”。要产生这个下降沿，必须先让 SDA 处于高电平状态，再在 SCL 保持高电平期间将 SDA 拉低。

停止信号（Stop）：当 SCL 为高电平时，SDA 由低电平变为高电平（上升沿），表示通信结束。

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);
}

该函数通过循环逐位发送 8 位数据：先通过位运算将当前位输出到 SDA 线，再拉高 SCL 让从机读取，最后拉低 SCL 准备下一位，按 I2C 时序完成 1 字节传输。

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{uint8_t i;for(i=0;i<8;i++){//传递8位数据，这样写方便MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80>>i));MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);}
}

整个过程遵循 I2C 时序：SCL 高电平时读取 SDA 数据，低电平时准备下一位，确保数据按位（高位优先）正确接收。

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{uint8_t i,Byte=0x00;MyI2C_W_SDA(1);//先释放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)：发送应答信号：每传输 1 字节数据后，接收方必须发送应答信号。若发送 “非应答”（1），通常表示数据传输结束或接收失败。

MyI2C_ReceiveAck(void)：接收应答信号AckByte为 0 时表示接收成功，为 1 时表示接收失败或需终止传输。

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);//先释放MyI2C_W_SCL(1);AckByte=MyI2C_R_SDA();MyI2C_W_SCL(0);return AckByte;
}

三：MPU6050的逻辑

整个过程遵循 I2C “主设备写从设备” 的标准流程：起始信号→设备地址（写）→应答→寄存器地址→应答→数据→应答→停止信号，确保数据准确写入 MPU6050 的目标寄存器

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

配置完后的检测的数据都放到了相应的寄存器中

最后直接调用寄存器

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;
}