F401RE裸机驱动GY-86
GY-86是和三个模块集合而成的十轴姿态传感器。
·
F401RE裸机下驱动GY-86
一、GY-86
GY-86是MPU6050（3轴陀螺仪和3轴加速度计），HMC5883L（3轴磁力传感器和 MS5611-01BA01（气压计三个模块集合而成的十轴姿态传感器。
二、I2C代码配置
主要涉及SDA、SCL的高低电平配置、I2C通信开始和终止条件、发送字节和接收字节
- 通过标准库来实现配置
#include "stm32f4xx.h"
#include "Delay.h"
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue) //配置SCL的高低电平
{
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_8, (BitAction)BitValue);//通过查看手册得知SCL对应GPIO的第8引脚
Delay_us(10);
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)//配置SDA高低电平
{
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_9, (BitAction)BitValue);//与上同理
Delay_us(10);
}
uint8_t MyI2C_R_SDA(void)//读取SDA的电平信息
{
Delay_us(10);
return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_9);
}
void MyI2C_Init(void)//I2C初始化
{
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//时钟源初始化
//我们通过GPIO来模拟I2C输入输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//创建GPIO配置结构体
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//设置GPIO为输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;//设置输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//设置输出频率
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9);
}
void MyI2C_Start(void)//通信起始
{
MyI2C_W_SDA(1);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SDA(0);
MyI2C_W_SCL(0);
}
void MyI2C_Stop(void)//通信结束
{
MyI2C_W_SDA(0);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SDA(1);
}
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)//发送字节
{
for (uint8_t i = 0; i < 8; i ++)//通过与运算，保证发送8位，即一个字节
{
MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SCL(0);
}
}
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
uint8_t Byte = 0x00;
MyI2C_W_SDA(1);
for (uint8_t i = 0; i < 8; i ++)
{
MyI2C_W_SCL(1);
if (MyI2C_R_SDA() == 1)
{
Byte |= (0x80 >> i);
}
MyI2C_W_SCL(0);
}
return Byte;
}
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)//发送应答
{
MyI2C_W_SDA(AckBit);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SCL(0);
}
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)//接收应答
{
uint8_t AckBit;
MyI2C_W_SDA(1);
MyI2C_W_SCL(1);
AckBit = MyI2C_R_SDA();
MyI2C_W_SCL(0);
return AckBit;
}
三、MPU6050
-
MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景
-
3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度
-
3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
-
机头俯仰角–pitch，机身侧翻角–roll，机体转弯角–yaw
-
地址：1101 000 或 1101 001。其中转化为16进制有两种，第一种就是直接转换，高三位第四位， 0x68 之类的。第二种要融入读写位，就是 0xD0 或者 0xD1。
MPU6050框图
I.代码配置
- 通过查手册，找到对应的寄存器进行配置
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;
}
void MPU6050_Init(void)
{
MyI2C_Init();
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);
}
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}
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;
}
void MPU6050_EnableBypass()
{
uint8_t reg_value;
reg_value = MPU6050_ReadReg(MPU6050_INT_PIN_CFG);
reg_value |= MPU6050_I2C_BYPASS_EN;
MPU6050_WriteReg(MPU6050_INT_PIN_CFG, reg_value);
}
void MPU6050_DisableBypass()
{
uint8_t reg_value;
reg_value = MPU6050_ReadReg(MPU6050_INT_PIN_CFG);
reg_value |= MPU6050_I2C_BYPASS_DIS;
MPU6050_WriteReg(MPU6050_INT_PIN_CFG, reg_value);
}
四、HMC5883L
I.工作原理
-
霍尔效应：
-
当电流通过一个导体或半导体并置于磁场中时，磁场会导致载流子（如电子）受到洛 伦兹力的作用，出现横向电压，这种现象被称为霍尔效应。
-
HMC5883L利用这种效应来感知周围的磁场强度和方向。
-
-
磁场传感器阵列：
-
该传感器内部有三个方向的霍尔传感器，分别测量X、Y、Z三个方向的磁场分量。
-
通过对这三个方向的测量，可以计算出空间中磁场的强度和方向。
-
-
数字输出：
-
测量到的模拟信号经过内部的模数转换（ADC）处理，转化为数字信号。
-
通过I²C接口将数据传输给微控制器或其他外部设备，方便进行进一步处理。
-
-
配置与补偿：
-
HMC5883L允许用户配置增益、数据速率和偏置设置，以适应不同的环境条件。
-
可以通过校准和补偿技术来修正因环境因素（如温度变化）引起的误差。
-
总结来说，HMC5883L通过霍尔效应感知磁场，并将测量结果以数字信号的形式输出，结合配置参 数和补偿技术，可以实现高精度的磁场测量。
II.代码配置
#define HMC5883L_ADDR 0x3C
void HMC5883L_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(HMC5883L_ADDR);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(Data);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Stop();
}
uint8_t HMC5883L_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
uint8_t Data;
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(HMC5883L_ADDR);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(HMC5883L_ADDR | 0x01);
MyI2C_ReceiveAck();
Data = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(1);
MyI2C_Stop();
return Data;
}
void HMC5883L_Init(void)
{
MyI2C_Init();
HMC5883L_WriteReg(HMC5883L_REG_CONFIGA, 0x70);
HMC5883L_WriteReg(HMC5883L_REG_CONFIGB, 0x20);
HMC5883L_WriteReg(HMC5883L_REG_MODE, 0x00);
}
uint8_t HMC5883L_GetID(void)
{
return HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_IDA);
}
void HMC5883L_GetData(int16_t *GauX, int16_t *GauY, int16_t *GauZ)
{
uint8_t DataH, DataL;
DataH = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_X_MSB);
DataL = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_X_LSB);
*GauX = (DataH << 8) | DataL;
DataH = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_Y_MSB);
DataL = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_Y_LSB);
*GauY = (DataH << 8) | DataL;
DataH = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_Z_MSB);
DataL = HMC5883L_ReadReg(HMC5883L_REG_Z_LSB);
*GauZ = (DataH << 8) | DataL;
}
五、MS5611
I.工作原理
MS5611-01BA01是一种高精度气压传感器，广泛用于气压和高度测量。它的工作原理主要基于压阻
效应和温度补偿技术。以下是它的基本原理和特性：
-
压阻效应：
- 传感器内部使用了一种压阻元件，能够在施加压力时产生电阻变化。
- 这种变化与施加的压力成正比，使得可以通过测量电阻变化来确定气压。
-
温度补偿：
- 由于温度变化会影响传感器的读数，MS5611内置有温度传感器，可以实时监测环境温度并进行补偿，以提高测量精度。
-
数字输出：
- MS5611使用I2C或SPI通信协议，将处理后的气压和温度数据以数字形式输出，便于与微控制器等设备进行数据交换。
-
高度计算：
- 根据气压变化，可以通过气压公式计算出高度，常用于无人机、气象仪器和航天器等应用。
II.框图
III.代码配置
#define MS5611_ADDRESS 0xEE
extern uint16_t Prom[7];
extern int32_t dt, temperature;
extern int64_t OFF, SENS;
extern int32_t P;
extern int32_t T2;
extern int64_t OFF2, SENS2;
void MS5611_Write(uint8_t Data)
{
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(Data);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Stop();
}
uint8_t MS5611_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
uint8_t Data;
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS | 0x01);//1 是读信号
MyI2C_ReceiveAck();
Data = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(1);
MyI2C_Stop();
return Data;
}
uint16_t MS5611_ReadRegs(uint8_t RegAddress) //read 2 bytes
{
uint16_t Data=0;
uint16_t temp1, temp2;
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS | 0x01);
MyI2C_ReceiveAck();
temp1 = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(0);
temp2 = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(1);
MyI2C_Stop();
Data = (temp1 << 8) + temp2;
return Data;
}
uint32_t MS5611_ReadADC(void) // read 3 bytes
{
uint32_t Data =0;
uint16_t temp1, temp2, temp3;
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(MS5611_READADC);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MS5611_ADDRESS | 0x01);
MyI2C_ReceiveAck();
temp1 = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(0); // 发送 ACK 表示接收完第一个字节
temp2 = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(0); // 发送 ACK 表示接收完第二个字节
temp3 = MyI2C_ReceiveByte();
MyI2C_SendAck(1); // 最后一个字节发送 NACK 表示结束
MyI2C_Stop();
Data = (temp1 << 16) + (temp2 << 8) + temp3;
return Data;
}
void MS5611_ReadPROM(uint16_t *Prom)//从 prom 中读取出厂校准数据
{
for(uint8_t i = 0; i <= MS5611_PROMNUM; i++)//MS5611-01BA 包含 128-Bit 的 PROM 存储器。存储器中有一个 4 bit 的 CRC 数据检测位。所以要循环7次
{
Prom[i] = MS5611_ReadRegs(MS5611_PROMREAD + (i * 2));
}
}
void MS5611_Init(void)
{
MyI2C_Init();
MS5611_Write(MS5611_RESET);
Delay_ms(100);
MS5611_ReadPROM(Prom);
Delay_ms(100);
}
uint32_t MS561101BA_DO_CONVERSION(uint8_t command)
{
uint32_t conversion;
MS5611_Write(command);
Delay_ms(300);
conversion = MS5611_ReadADC();
return conversion;
}
void MS5611_Get_Temperature(void)
{
uint32_t D2 = MS561101BA_DO_CONVERSION(MS5611_CONVERT_D2);
Delay_ms(10);
dt = D2 - (Prom[5] << 8);//dt = D2 - prom[5] * 2 ^ 8
temperature = 2000 + ((dt * Prom[6])>>23); // 温度值的 100 倍
}
void MS5611_Get_Pressure(void)
{
uint32_t D1 = MS561101BA_DO_CONVERSION(MS5611_CONVERT_D1);
Delay_ms(10);
OFF = (Prom[2] << 16) + ((Prom[4] * dt) >> 7);
SENS = (Prom[1] << 15) + ((Prom[3] *dt) >> 8);
//温度补偿
if(temperature < 2000)
{
T2 = (dt * dt) >> 31;
OFF2 = 2.5 * (temperature - 2000) * (temperature - 2000);
SENS2 = 1.25 * (temperature - 2000) * (temperature - 2000);
if(temperature < -1500)
{
OFF2 = OFF2 + 7 * (temperature + 1500) * (temperature + 1500);
SENS2 = SENS2 + 5.5*(temperature +1500) * (temperature +1500);
}
}else //(Temperature > 2000)
{
T2 = 0;
OFF2 = 0;
SENS2 = 0;
}
temperature -= T2;
OFF -= OFF2;
SENS -= SENS2;
P = (((D1 * SENS) >> 21) - OFF) >> 15;
}
总结：配置GY86主要以理解I2C通信和阅读手册查找对应寄存器配置为主，本身代码编写并不困难
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