STM32CubeMX教程19 I2C - MPU6050驱动

目录

1、准备材料

2、实验目标

3、实验流程

3.0、前提知识

3.1、CubeMX相关配置

3.1.1、时钟树配置

3.1.2、外设参数配置

3.1.3、外设中断配置

3.2、生成代码

3.2.1、外设初始化调用流程

3.2.2、外设中断调用流程

3.2.3、添加其他必要代码

4、常用函数

5、烧录验证

5.1、实验具体流程

5.2、实验现象

6、注释详解


1、准备材料

开发板(正点原子stm32f407探索者开发板V2.4)

STM32CubeMX软件(Version 6.10.0)

野火DAP仿真器

keil µVision5 IDE(MDK-Arm)

CH340G Windows系统驱动程序(CH341SER.EXE)

XCOM V2.6串口助手

逻辑分析仪nanoDLA

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板的I2C1与MPU6050芯片通信,读取MPU6050的三轴加速度和陀螺仪数据并通过串口打印出来

3、实验流程

3.0、前提知识

本实验重点是理解I2C通信协议,而STM32CubeMX的配置则相对简单,这里不会过于详细全面的介绍I2C通信协议,但是会对所有需要知道的知识做介绍

在我们的开发板上有一颗三轴加速度计和陀螺仪传感器MPU6050,单片机通过I2C1的PB8和PB9两个引脚与MPU6050进行通信,MPU6050还有一个中断引脚,这里为3D_INT引脚,但是本实验仅仅轮询读取加速度计和陀螺仪的数据,并没有用到该引脚中断功能,我们使用的开发板上的MPU6050芯片硬件原理图如下图所示

I2C通信仅需要时钟线SCLK和数据线SDA两根线就可以让主机与挂载在I2C上的从机进行通信和数据交换,一个I2C理论上最多可挂载127个设备(从机地址用7位二进制表示),为了让主机准确的与众多从机中的一个进行通信,每个从机都会有一个地址,I2C通信时会在通信数据中先发送从机地址,然后对应地址的从机才会响应,而且I2C通信使用的时钟线SCLK和数据线SDA两根线必须要做上拉设置,因为I2C的两个引脚被配置为开漏输出,因此无法输出高电平,I2C总线连线图如下图所示(注释1)

MPU6050的从机地址由芯片上的AD0引脚确定,当AD0引脚接地时,从机地址为0X68;当AD0引脚接VCC时,从机地址为0X69;根据上面MPU6050芯片硬件原理图可知此时MPU6050的从机地址为0X68

根据MPU6050 datasheet 9.3 I2C Communications Protocol 小节可知(注释2),主机要通过I2C写入/读取MPU6050某一个寄存器一字节的数据,其通信步骤序列应该如下图所示

我们以读取内部寄存器单个字节数据为例做详细介绍,首先确定通信的目的为主机Master从从机Slave内部某个寄存器internal register中读取一个字节数据,以下为详细通信步骤

  1. 主机时钟线SCLK和数据线SDA两根线产生起始信号(当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换)
  2. 接下来时钟线SCLK的8个时钟节拍中,由数据线SDA发送一字节8位的数据,其中高7位为从机的地址,最后一位为0(1表示读操作,0表示写操作)
  3. 接下来1个时钟节拍,从机应该产生应答信号ACK
  4. 接下来8个时钟节拍,主机发送一字节8位的数据,该数据为要读取的从机内部寄存器地址
  5. 接下来1个时钟节拍,从机应该产生应答信号ACK
  6. 主机重新产生一个起始信号
  7. 接下来8个时钟节拍,重新发送一字节8位的数据,其中高7位为从机的地址,最后一位为1,表示这次要读
  8. 接下来1个时钟节拍,从机应该产生应答信号ACK
  9. 接下来8个时钟节拍,主机读取一字节8位数据
  10. 接下来1个时钟节拍,主机应该产生应答信号NACK
  11. 主机时钟线SCLK和数据线SDA两根线产生停止信号(当 SCL 线是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换)

接下来我们用逻辑分析仪捕获下主机使用I2C1读取MPU6050寄存器WHO_AM_I(0X75)时,时钟线SCLK和数据线SDA的逻辑电平变化,如下图所示,从图上可知I2C读取读取MPU6050内部寄存器的时序与上面我们所描述的一致

用逻辑分析仪捕获主机使用I2C1向MPU6050寄存器PWR_MGMT_1(0X6B)写入一字节0X00数据时,时钟线SCLK和数据线SDA的逻辑电平变化,如下图所示

为什么从机地址从0X68变为0XD0了?

HAL库中的I2C写入函数HAL_I2C_Mem_Write()和读取函数HAL_I2C_Mem_Read()对传入从机地址DevAddress参数做了要求,该地址必须将数据手册中提到的地址左移才可以调用该接口,0X68(0110 1000)向左移动直到遇到1即为0XD0(1101 0000),在I2C通信中使用上述两个API,从机地址传入0XD0表示对从机地址为0X68的从机进行写操作,传入0XD1表示对从机地址为0X68的从机进行读操作,如下图为HAL库HAL_I2C_Mem_Read()函数说明

上面提到,当启用I2C之后,其I2C_SCL和I2C_SDA两个引脚被配置为了复用功能开漏输出,而开漏输出无法输出高电平,因此I2C_SCL和I2C_SDA两个引脚需要外部上拉,一般的开发板都会考虑到这一点,在设计原理图的时候将使用的I2C两根线给外部上拉到3.3V,如果你使用的是自己设计的板子,请务必记住I2C需要上拉

细心的同学可能又发现了,你上面给出的MPU6050硬件原理图I2C两根线并没有外部上拉呀?

虽然MPU6050硬件原理图I2C两根线没有上拉,但是在开发板的其他I2C通信的芯片上进行了外部上拉,如下图所示

3.1、CubeMX相关配置

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.1小节配置RCC和SYS

3.1.1、时钟树配置

系统时钟树均设置为STM32F407总线能达到的最高时钟频率,无需启动LSE,具体配置如下图所示

3.1.2、外设参数配置

实验需要通过串口来输出与MPU6050进行I2C通信读取的陀螺仪和加速度计数据,因此外设需要初始化USART1和I2C1

单击Pinout & Configuration页面左边Connectivity/USART1选项,然后按照“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”实验中将USART1配置为异步通信模式,无需开启中断,如下图所示

在Pinout & Configuration页面右边芯片引脚预览Pinout view中找到与开发板上MPU6050芯片连接的I2C的两个通信引脚PB8和PB9,左边单击将其分别配置为I2C1_SCL和I2C1_SDA

然后单击Connectivity/I2C1选项,在其模式中选择I2C,在下方Master Features中将I2C Speed Mode根据用户需求选择快速模式(400kkHz)或者标准模式(100kHz),这两种模式仅仅影响通信速率,对于本实验两个模式均可随意选择

其他参数保持默认即可,具体配置如下图所示

3.1.3、外设中断配置

本实验无需启用中断,如果需要启用I2C1的中断,请单击System Core/NVIC,然后根据需求勾选I2C1的事件或错误中断,并选择合适的中断优先级即可,具体配置如下图所示

3.2、生成代码

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节配置Project Manager

单击页面右上角GENERATE CODE生成工程

3.2.1、外设初始化调用流程

还是一模一样的流程,与该系列教程所有的外设初始化一致

在生成的工程代码主函数中新增了MX_I2C1_Init()函数,在该函数中实现了对I2C1的模式及参数配置

在MX_I2C1_Init()函数中调用了HAL_I2C_Init()函数使用配置的参数对I2C1进行了初始化

在HAL_I2C_Init()函数中又调用了HAL_I2C_MspInit()函数对I2C1引脚复用设置,I2C1时钟使能,如果开启了中断该函数中还会有中断相关设置及使能

如下图所示为I2C1初始化调用流程

3.2.2、外设中断调用流程

本实验无需中断,因此未启动任何I2C1的中断

3.2.3、添加其他必要代码

需要添加MPU6050的驱动文件,文件中至少应该包括①MPU6050初始化函数、②MPU6050获取三轴加速度计原始数据函数和③MPU6050获取三轴陀螺仪原始数据函数,注意本实验只使用而不会介绍MPU6050具体驱动文件的原理,具体源代码如下所示(注释3)

mpu6050.c文件

#include "mpu6050.h"/**
* @brief 		MPU6050初始化函数
* @alter		无
* @param		无
* @retval 		成功返回0,失败返回1
*/
uint8_t MPU6050_Init(I2C_HandleTypeDef *I2Cx)
{uint8_t check;uint8_t Data;// check device ID WHO_AM_IHAL_I2C_Mem_Read(I2Cx, MPU6050_ADDR, MPU_DEVICE_ID_REG, 1, &check, 1, I2C_TimeOut);// 0x68 will be returned by the sensor if everything goes wellif (check == 104) {// power management register 0X6B we should write all 0's to wake the sensor upData = 0;HAL_I2C_Mem_Write(I2Cx, MPU6050_ADDR, MPU_PWR_MGMT1_REG, 1, &Data, 1, I2C_TimeOut);// Set DATA RATE of 1KHz by writing SMPLRT_DIV registerData = 0x07;HAL_I2C_Mem_Write(I2Cx, MPU6050_ADDR, MPU_SAMPLE_RATE_REG, 1, &Data, 1, I2C_TimeOut);// Set accelerometer configuration in ACCEL_CONFIG Register// XA_ST=0,YA_ST=0,ZA_ST=0, FS_SEL=0 ->   2gData = 0x00;HAL_I2C_Mem_Write(I2Cx, MPU6050_ADDR, MPU_ACCEL_CFG_REG, 1, &Data, 1, I2C_TimeOut);// Set Gyroscopic configuration in GYRO_CONFIG Register// XG_ST=0,YG_ST=0,ZG_ST=0, FS_SEL=0 ->   250  /sData = 0x00;HAL_I2C_Mem_Write(I2Cx, MPU6050_ADDR, MPU_GYRO_CFG_REG, 1, &Data, 1, I2C_TimeOut);return 0;}return 1;
}/**
* @brief 		MPU6050温度值获取函数
* @alter		无
* @param		无
* @retval 		温度值
*/
float MPU_Get_Temperature(void)
{uint8_t buf[2]; short raw;float temp;HAL_I2C_Mem_Read(&MPU6050_I2C, MPU6050_ADDR, MPU_TEMP_OUTH_REG, 1, buf, 2, I2C_TimeOut);raw=((int16_t)buf[0]<<8)|buf[1];  temp=36.53+((double)raw)/340;  return temp;;
}/**
* @brief 		MPU6050陀螺仪值获取函数(三轴原始值)
* @alter		无
* @param		gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
* @retval 		正常:0,错误:其他
*/
uint8_t MPU_Get_RAW_Gyroscope(int16_t *gx,int16_t *gy,int16_t *gz)
{uint8_t buf[6],res;  res = HAL_I2C_Mem_Read(&MPU6050_I2C, MPU6050_ADDR, MPU_GYRO_XOUTH_REG, 1, buf, 6, I2C_TimeOut);if(res==0){*gx=((int16_t)buf[0]<<8)|buf[1];  *gy=((int16_t)buf[2]<<8)|buf[3];  *gz=((int16_t)buf[4]<<8)|buf[5];} 	return res;
}/**
* @brief 		MPU6050加速度值获取函数(三轴原始值)
* @alter		无
* @param		ax,ay,az:加速度计x,y,z轴的原始读数(带符号)
* @retval 		正常:0,错误:其他
*/
uint8_t MPU_Get_RAW_Accelerometer(int16_t *ax,int16_t *ay,int16_t *az)
{uint8_t buf[6],res;  res = HAL_I2C_Mem_Read(&MPU6050_I2C, MPU6050_ADDR, MPU_ACCEL_XOUTH_REG, 1, buf, 6, I2C_TimeOut);if(res==0){*ax=((int16_t)buf[0]<<8)|buf[1];  *ay=((int16_t)buf[2]<<8)|buf[3];  *az=((int16_t)buf[4]<<8)|buf[5];} 	return res;
}

mpu6050.h文件

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#endif#define MPU6050_I2C      		hi2c1
#define MPU6050_ADDR     		0xD0   
#define I2C_TimeOut  			100/*MPU6050内部寄存器地址*/
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG		0X19	//采样频率分频器
#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_ACCEL_XOUTH_REG		0X3B	//加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTH_REG		0X41	//温度值高八位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTH_REG		0X43	//陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_PWR_MGMT1_REG		0X6B	//电源管理寄存器1
#define MPU_DEVICE_ID_REG		0X75	//器件ID寄存器uint8_t MPU6050_Init(I2C_HandleTypeDef *I2Cx);
float MPU_Get_Temperature(void);
uint8_t MPU_Get_RAW_Gyroscope(int16_t *gx,int16_t *gy,int16_t *gz);
uint8_t MPU_Get_RAW_Accelerometer(int16_t *ax,int16_t *ay,int16_t *az);/*
MPU6050内部所有寄存器地址#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
*/

在keil中添加.c/.h文件步骤如下图所示

然后将源代码复制到新建的.c/.h文件中,最后将.c文件添加到工程即可,如下图所示

在主函数中初始化MPU6050,主循环中获取原始的三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据,并通过串口打印信息

源代码如下

/*main.c中定义的变量*/
int16_t ax,ay,az,gx,gy,gz;/*初始化代码*/
while(MPU6050_Init(&hi2c1) != HAL_OK){HAL_Delay(1);}/*主循环中代码*/
MPU_Get_RAW_Gyroscope(&ax,&ay,&az);
MPU_Get_RAW_Accelerometer(&gx,&gy,&gz);
printf("ax:%d,ay:%d,az:%d,",ax,ay,az);
printf("gx:%d,gy:%d,gz:%d\r\n",gx,gy,gz);
HAL_Delay(100);

4、常用函数

/*I2C读函数*/
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)/*I2C写函数*/
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

5、烧录验证

5.1、实验具体流程

“配置USART1 -> 配置I2C1 -> 在工程中添加mpu6050.c/mpu6050.h文件 -> 主函数中调用MPU6050初始化函数 -> 主循环中获取三轴加速度计/陀螺仪原始数据 -> 串口打印”

5.2、实验现象

烧录程序,上电后开启串口,可以看到源源不断的输出当前MPU6050三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据,移动开发板会发现数据有规律改变,如下图所示为串口输出的数据

6、注释详解

注释1:图片来源I2C通信协议介绍 - 知乎

注释2:MPU6050 Datasheet https://invensense.tdk.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf

注释3:MPU6050驱动库参考https://github.com/leech001/MPU6050

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第一创业和聚宽停止合作&#xff01;还有什么量化平台可选&#xff1f; 先了解背景&#xff1a; 从2023年9月25日起&#xff0c;一创聚宽的量化交易平台暂停开通交易权限&#xff0c;到2023年12月29日&#xff0c;一创聚宽量化交易平台将停止提供所有服务。这一消息对于之前使…

Python基础入门第七课笔记(自定义函数 define)

函数 函数必须先定义再调用 函数必须先定义再调用 函数必须先定义再调用 定义函数&#xff1a; def 函数名&#xff08;形参&#xff09;&#xff1a; 代码1 代码2 ………. 调用函数&#xff1a; 函数名&#xff08;实参&#xff09; 形参&…

Spring MVC响应结合RESTful风格开发,打造具有强大功能和良好体验的Web应用!

响应与Rest风格 1.11.1.1 环境准备步骤1:设置返回页面步骤2:启动程序测试 1.1.2 返回文本数据步骤1:设置返回文本内容步骤2:启动程序测试 1.1.3 响应JSON数据响应POJO对象响应POJO集合对象 知识点1&#xff1a;ResponseBody 2&#xff0c;Rest风格2.1 REST简介2.2 RESTful入门案…

技术概述:ARMv8体系结构

John Goodacre, Director Program Management ARM Processor Division, November 2011 背景&#xff1a;ARM体系结构 从ARM精简指令集体系结构提出到现在已经有20多年了&#xff1b;ARMv7系列处理器是在ARMv4基础上设计的&#xff0c;随着ARMv7系列处理器大量应用&#xff0…

争做智驾“第一阵营”,锚定“全球前五”,小米汽车底气何在?

“官宣”造车超1000天后&#xff0c;低调行事的小米终于进行了首次“军火展示”。 2023年12月28日&#xff0c;小米集团&#xff08;HK:01810&#xff0c;下称“小米”&#xff09;在北京举办小米汽车技术发布会&#xff0c;公布了小米汽车核心技术及首款产品小米SU7。按照规划…

对话新七天创始人&CEO左英杰:品牌直播电商出圈“五步法”

整理 | 飞族 编辑 | 渔舟 出品&#xff5c;极新&#xff06;北京电子商务协会 AI、AIGC、VR等数智化新技术发展日新月异&#xff0c;在直播电商领域的应用和探索逐渐深入&#xff0c;从内容生成、创意优化、购物体验、智能客服、精准营销等方面提供全方位全链路的赋能&#…

用C语言采集游戏平台数据并做行业分析

目录 一、数据采集方法 日志采集 API采集 二、数据采集流程 确定采集目标 选择采集方法 编写采集程序 数据清洗和整理 三、行业分析方法 对比分析 趋势分析 分类分析 四、案例分析&#xff1a;基于C语言的实时游戏平台数据采集与行业分析系统实现 五、结论 随着游…

windows 10 安装wsl ubuntu

1.首先管理员模式打卡powershell&#xff0c;执行 dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart 2.执行 wsl --update wsl --…