基于stm32的四旋翼飞行器：MPU6050讲解 · 上（参数读取）

大伙早上好，不知道大伙有没有飞行器情结，就是学习嵌入式就想做一个能飞的东西。小白兔不才，小白兔有啊，所以最近准备做一个简单的飞行器出来，如果失败了，那么这个系列就只能烂尾了，如果成功了，那大伙也都会拥有一个自己的飞行器了。

前言

这个系列我们志在做出一个四旋翼飞行器，然后按照我现在的了解，我将这个项目分成了三个大步骤进行制作学习。

1. 首先是 MPU6050 学习，我们需要通过 陀螺仪 和 加速度器 获取飞行器的 pitch（俯仰角）、yaw（偏航角）、roll（横滚角） 三个参数，以此为凭据通过更改旋翼让飞行器保持平衡和行动。这部分我们也是分为三期进行，具体的大伙看下去就知道了。
2. 然后第二步是飞行器的模型设计，包括飞行器的 3D模型，PCB设计 等。
3. 最后就是代码编写，这部分应该是比较麻烦的一个任务了，但是可以参考网上大佬的例程，

MPU6050 详细说明

概述

MPU-6050 是 InvenSense（现属 TDK）推出的 六轴运动处理传感器，集成了 三轴陀螺仪、三轴加速度计 和 温度传感器，支持通过 I2C 接口 与主控通信。其内置的 DMP（Digital Motion Processor） 可直接解算姿态数据（四元数/欧拉角），大幅减轻主控计算负担。该传感器广泛用于无人机、平衡车、VR设备等运动控制场景。

核心特性

传感器性能

陀螺仪：量程 ±250°/s、±500°/s、±1000°/s、±2000°/s

加速度计：量程 ±2g、±4g、±8g、±16g

温度传感器：范围 -40°C 至 +85°C

分辨率：16位ADC，陀螺仪灵敏度最高 131 LSB/°/s

通信接口

I2C 接口：默认地址 0x68（AD0=0）或 0x69（AD0=1）

硬件接口

引脚	功能说明
VCC	电源 (3.3V-5V)
GND	地
SCL	I2C 时钟线
SDA	I2C 数据线
AD0	I2C 地址选择位
INT	中断输出（数据就绪/运动检测）

工作原理

加速度计

基于 MEMS 电容式检测，测量 X/Y/Z 轴线性加速度。

公式：加速度值 = 原始值 / 灵敏度（灵敏度由量程决定，如 ±2g 对应 16384 LSB/g）。

陀螺仪

基于科里奥利力原理，测量角速度。

公式：角速度值 = 原始值 / 灵敏度（如 ±250°/s 对应 131 LSB/°/s）。

数据融合

使用 互补滤波 或 卡尔曼滤波 结合加速度计与陀螺仪数据，解算姿态角（Roll/Pitch/Yaw）。

这部分内容我们下一期里会详细讲解。

寄存器介绍

PWR_MGMT_1 寄存器

功能概述

该寄存器用于系统电源管理、时钟源配置及设备复位控制。关键位域定义如下：

位域	功能描述
DEVICE_RESET	置1触发全局复位操作，所有寄存器恢复默认值。复位完成后自动清零（典型耗时50μs）。
SLEEP	置1使能低功耗睡眠模式，传感器模块停止采样，维持最小功耗（典型值5μA）。
CYCLE	置1使能循环工作模式，配合SLEEP=0时，器件按LP_WAKE_CTRL（寄存器108）设定周期唤醒进行加速度采样（低功耗应用场景）。
TEMP_DIS	置1关闭温度传感器，降低系统功耗（默认使能）。
CLKSEL[2:0]	时钟源选择：000=内部8MHz RC振荡器； 001=PLL（X轴陀螺时钟）； 010=PLL（Y轴陀螺时钟）； 011=PLL（Z轴陀螺时钟）； 100=外部32.768kHz晶振； 101=外部19.2MHz晶振

GYRO_CONFIG 寄存器

功能概述

该寄存器控制陀螺仪量程配置与轴自检功能，关键参数如下：

位域	功能描述
XG_ST/YG_ST/ZG_ST 置1分别触发X/Y/Z轴陀螺仪自检。自检通过内部激励MEMS结构，验证机械与电气特性（需结合SELF_TEST寄存器分析响应值）。
FS_SEL[1:0] 陀螺仪满量程配置：
00=±250°/s（灵敏度131 LSB/°/s）
01=±500°/s（65.5 LSB/°/s）
10=±1000°/s（32.8 LSB/°/s）
11=±2000°/s（16.4 LSB/°/s）

ACCEL_CONFIG 寄存器

功能概述

该寄存器控制加速度计量程配置与轴自检功能，关键参数如下：

位域	功能描述
XA_ST/YA_ST/ZA_ST	置1分别触发X/Y/Z轴加速度计自检。自检通过内部施加静电力，验证传感器输出线性度与偏置。
AFS_SEL[1:0]	加速度计满量程配置：00=±2g（灵敏度16384 LSB/g）； 01=±4g（8192 LSB/g）； 10=±8g（4096 LSB/g）； 11=±16g（2048 LSB/g）

PWR_MGMT_2 寄存器

功能概述

该寄存器控制传感器轴级功耗管理与低功耗模式唤醒频率，关键位域定义如下：

位域	功能描述
LP_WAKE_CTRL[1:0]	低功耗模式唤醒频率配置：00=1.25Hz； 01=5Hz； 10=20Hz； 11=40Hz（仅加速度计工作时生效）
STBY_XA/YA/ZA	置1分别使X/Y/Z轴加速度计进入待机模式（停止数据采集，降低功耗）。
STBY_XG/YG/ZG	置1分别使X/Y/Z轴陀螺仪进入待机模式（若当前时钟源为对应陀螺轴，将自动切换至内部8MHz振荡器）。

数据读取代码编写

本期代码不涉及欧拉角，只是将MPU6050的参数读取出来。
这里我们采用软件I2C来读取数据：

使用 PB10 作为 SCL
使用 PB11 作为 SDA

本期里就不讲解 I2C 的相关内容了，下面就不呈现 I2C 的代码，大伙如果有需要，可以到另一期的文章里学习：stm32教程：软件I2C通信协议 & 代码模板提供

MPU6050.h

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_Hvoid MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);void MPU6050_Init(void);
uint8_t MPU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);#endif

MPU6050.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"#define MPU6050_ADDRESS		0xD0		//MPU6050的I2C从机地址void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{MyI2C_Start();						//I2C起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);	//发送从机地址，读写位为0，表示即将写入MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);			//发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(Data);				//发送要写入寄存器的数据MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_Stop();						//I2C终止
}uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint8_t Data;MyI2C_Start();						//I2C起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);	//发送从机地址，读写位为0，表示即将写入MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);			//发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_Start();						//I2C重复起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);	//发送从机地址，读写位为1，表示即将读取MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答Data = MyI2C_ReceiveByte();			//接收指定寄存器的数据MyI2C_SendAck(1);					//发送应答，给从机非应答，终止从机的数据输出MyI2C_Stop();						//I2C终止return Data;
}void MPU6050_Init(void)
{MyI2C_Init();									//先初始化底层的I2C/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);		//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);		//电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);		//采样率分频寄存器，配置采样率MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);			//配置寄存器，配置DLPFMPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);	//陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/sMPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);	//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}uint8_t MPU6050_GetID(void)
{return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);		//返回WHO_AM_I寄存器的值
}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;								//定义数据高8位和低8位的变量DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);		//读取加速度计X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);		//读取加速度计X轴的低8位数据*AccX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);		//读取加速度计Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);		//读取加速度计Y轴的低8位数据*AccY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);		//读取加速度计Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);		//读取加速度计Z轴的低8位数据*AccZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);		//读取陀螺仪X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);		//读取陀螺仪X轴的低8位数据*GyroX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);		//读取陀螺仪Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);		//读取陀螺仪Y轴的低8位数据*GyroY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);		//读取陀螺仪Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);		//读取陀螺仪Z轴的低8位数据*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
}

MPU6050_Reg.h

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "Delay.h"
#include "Timer.h"
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050.h"uint8_t ID;								//定义用于存放ID号的变量
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;			//定义用于存放各个数据的变量int main()
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化MyI2C_Init();MPU6050_Init();		//MPU6050初始化/*显示ID号*/OLED_ShowString(0, 0, "ID:", OLED_6X8);ID = MPU6050_GetID();				//获取MPU6050的ID号OLED_ShowHexNum(18, 0, ID, 5, OLED_6X8);OLED_Update();while (1){MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);		//获取MPU6050的数据OLED_ShowSignedNum(0, 8, AX, 5, OLED_6X8);					//OLED显示数据OLED_ShowSignedNum(0, 16, AY, 5, OLED_6X8);OLED_ShowSignedNum(0, 24, AZ, 5, OLED_6X8);OLED_ShowSignedNum(0, 32, GX, 5, OLED_6X8);OLED_ShowSignedNum(0, 40, GY, 5, OLED_6X8);OLED_ShowSignedNum(0, 48, GZ, 5, OLED_6X8);OLED_Update();Delay_ms(500);}
}

结语

大伙可以从下面的网盘链接来下载本期的代码：
链接：小白兔的礼物—— MPU6050
提取码：k2kv

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下期见咯~