STM32 HAL驱动MPU6050传感器

STM32 HAL驱动MPU6050传感器

项目概述

本项目实现了基于STM32 HAL库的MPU6050传感器驱动，可以读取加速度计和陀螺仪数据。项目使用I2C接口与MPU6050通信，并通过UART接口输出数据。

项目仓库地址：STM32_Sensor_Drives

硬件连接

MPU6050 I2C接口

PB10 ------> I2C2_SCL
PB11 ------> I2C2_SDA

UART调试接口

PA2 ------> USART2_TX
PA3 ------> USART2_RX

代码结构

项目主要包含以下文件：

• main.c: 主程序入口，初始化外设并循环读取MPU6050数据
• i2c.c/h: I2C配置和MPU6050驱动函数
• usart.c/h: UART配置和printf重定向
• gpio.c/h: GPIO配置

MPU6050驱动实现

数据结构定义

在i2c.h中定义了MPU6050数据结构：

typedef struct _mpu6050_data{
    double ACCEL_X ,ACCEL_Y ,ACCEL_Z;
    double GYRO_X ,GYRO_Y ,GYRO_Z;
}mpu6050_data;

初始化函数

在i2c.c中实现了MPU6050初始化函数：

void MPU6050_start(void)
{
    uint8_t SendAddress = 0x6b;
    uint8_t SendData  = 0x00; //解除休眠状态
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,0xD1,SendAddress,1,&SendData,1,0xff);
    
    SendAddress = 0x19;//采样率分频器
    SendData = 0x07;
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,0xD1,SendAddress,1,&SendData,1,0xff);
    
    SendAddress = 0x1A;//低通滤波器
    SendData = 0x06;
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,0xD1,SendAddress,1,&SendData,1,0xff);
    
    SendAddress = 0x1B;//陀螺仪
    SendData = 0x08;   //± 500 °/s
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,0xD1,SendAddress,1,&SendData,1,0xff);
    
    SendAddress = 0x1C;//加速度计
    SendData = 0x00;   //± 2g
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,0xD1,SendAddress,1,&SendData,1,0xff);   
}

初始化步骤：

1. 解除MPU6050休眠状态（寄存器0x6B）
2. 设置采样率分频器（寄存器0x19）
3. 配置低通滤波器（寄存器0x1A）
4. 配置陀螺仪量程为±500°/s（寄存器0x1B）
5. 配置加速度计量程为±2g（寄存器0x1C）

数据读取函数

在i2c.c中实现了MPU6050数据读取函数：

void get_i2c_mpu6050(mpu6050_data *data){
    uint8_t MPU_Data[] = {0X00, 0X00,0X00, 0X00,0X00, 0X00,0X00, 0X00,0X00, 0X00,0X00, 0X00,0X00, 0X00};
    uint8_t preg1_Data  = 0x3B;
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, 0xD1,preg1_Data,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,MPU_Data,14,50);

    float Temp = (MPU_Data[6]<<8)|MPU_Data[7];
    if(Temp>32768) Temp-=65536;
    Temp=(36.53+Temp/340);

    short int ACCEL_XOUT1 = ((MPU_Data[0]<<8)|MPU_Data[1]);
    data->ACCEL_X = (double)ACCEL_XOUT1/16384;
    short int ACCEL_YOUT1 = ((MPU_Data[2]<<8)|MPU_Data[3]);
    data->ACCEL_Y = (double)ACCEL_YOUT1/16384;
    short int ACCEL_ZOUT1 = ((MPU_Data[4]<<8)|MPU_Data[5]);
    data->ACCEL_Z = (double)ACCEL_ZOUT1/16384;


    short int GYRO_XOUT1 = ((MPU_Data[8]<<8)|MPU_Data[9]);
    data->GYRO_X = (double)GYRO_XOUT1/65.5;
    short int GYRO_YOUT1 = ((MPU_Data[10]<<8)|MPU_Data[11]);
    data->GYRO_Y = (double)GYRO_YOUT1/65.5;
    short int GYRO_ZOUT1 = ((MPU_Data[12]<<8)|MPU_Data[13]);
    data->GYRO_Z = (double)GYRO_ZOUT1/65.5;
}

数据读取步骤：

1. 从寄存器0x3B开始，连续读取14个字节的数据
2. 处理温度数据（虽然在本例中未使用）
3. 处理加速度数据（前6个字节）
   • X轴加速度：字节0-1
   • Y轴加速度：字节2-3
   • Z轴加速度：字节4-5
   • 除以16384转换为g单位（±2g量程下）
4. 处理陀螺仪数据（后6个字节）
   • X轴角速度：字节8-9
   • Y轴角速度：字节10-11
   • Z轴角速度：字节12-13
   • 除以65.5转换为°/s单位（±500°/s量程下）

I2C配置

I2C配置在i2c.c中实现：

void MX_I2C2_Init(void)
{
  hi2c2.Instance = I2C2;
  hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

主要配置：

• 时钟速度：100kHz
• 7位地址模式
• 禁用时钟拉伸

UART配置与printf重定向

UART配置在usart.c中实现：

void MX_USART2_UART_Init(void)
{
  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

为了支持printf函数，重定向了fputc函数：

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    if (f == stdout)  // 仅处理标准输出
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 100);  // 阻塞发送
        if (ch == '\n')  // 发送\n时自动补充\r
            HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)"\r", 1, 100);
    }
    return ch;
}

主程序

主程序在main.c中实现：

int main(void)
{
  /* 初始化代码省略 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_I2C2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    MPU6050_start();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  printf("System will start while\n");
  while (1)
  {
      mpu6050_data data = {0};
      get_i2c_mpu6050(&data);
      printf("ax: %.3f--ay: %.3f--az: %.3f--gx: %.3f--gy: %.3f--gz: %.3f\n", data.ACCEL_X, data.ACCEL_Y, data.ACCEL_Z, data.GYRO_X, data.GYRO_Y, data.GYRO_Z);
      HAL_Delay(200);
      /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

主程序流程：

1. 初始化GPIO、UART和I2C外设
2. 初始化MPU6050传感器
3. 进入主循环
   • 读取MPU6050数据
   • 通过UART打印数据
   • 延时200ms

MPU6050寄存器说明

注意事项

1. MPU6050的I2C地址为0x68（二进制：1101000），但在代码中使用的是0xD1（二进制：11010001）。这是因为HAL库的I2C函数需要在7位地址后添加读/写位（0表示写，1表示读）。

2. 加速度计和陀螺仪的原始数据都是16位有符号整数，需要进行转换才能得到实际的物理量：

   • 加速度计：在±2g量程下，除以16384得到以g为单位的加速度
   • 陀螺仪：在±500°/s量程下，除以65.5得到以°/s为单位的角速度

3. 温度传感器的数据转换公式为：温度(°C) = 36.53 + (原始数据/340)