一.概要

MPU6050就是一种非常重要的传感器，被广泛应用于无人机、机器人、智能手机、平板电脑、可穿戴设备等领域。
MPU6050是一款功能强大的六轴运动跟踪传感器，适用于各类物体加速度与角速度的精确测量。
集成了三轴加速度计与三轴陀螺仪，并通过I2C接口与微控制器实现通信。在使用MPU6050之前，需进行一系列预处理步骤，包括初始化配置、校准操作及数据滤波等。
平衡车和无人机在内部都用到陀螺仪传感器和加速度计传感器，用来检测车体的姿态以及运动时发生的变化，再通过各方面的共同协调配合，从而保持平衡车和无人机的平衡与稳定。

二.MPU6050芯片介绍

1.MEMS传感器原理

MEMS加速度传感器通常由质量块、‌弹簧和电容等组件构成。‌当物体受到加速度作用时，‌质量块会受到力的作用而发生位移，‌而弹簧会受到拉伸或压缩。‌这些位移和变形将导致电容的改变，‌从而通过电容变化来测量加速度。

2.MPU6050芯片简介

MPU-6050是全球首例6轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(DigitalMotionProcessor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个9轴的信号(SPI接口仅在MPU-6000可用)。MPU-6050也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。
MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC(0~65535)，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。
芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封装(无引线方形封装)，可承受最大10000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。

3.芯片引脚定义

4.XYZ轴方向

三轴加速度计‌主要用于测量物体在三个空间维度(X，Y，Z三轴)上的加速度。‌它们可以检测物体在静止或运动状态下的加速度，‌包括重力加速度和线性加速度。‌通过测量感应质量的移动距离和方向，‌可以确定物体的加速度。有了加速度采样的数据，就可以应用到碰撞检测，设备或桥梁倾斜角度，机器振动检测，走路计步等场合。

三轴陀螺仪‌则主要用于测量物体在三个空间维度上的角速度，‌即Roll（‌左右倾斜）‌、‌Pitch（‌前后倾斜）‌、‌Yaw（‌左右摇摆）‌。‌它们可以检测物体的方向和姿态变化，‌对于维持设备的稳定性和实现某些功能（‌如自动旋转屏幕）‌至关重要。‌有了陀螺仪采样的数据，就可以应用到飞机航姿参考系统，及无人机惯性导航，人体运动姿势检测等场合。

Roll（‌左右倾斜）‌、‌Pitch（‌前后倾斜）‌、‌Yaw（‌左右摇摆）‌示意图如下：

5.芯片内部框图

6.芯片常用寄存器

1.WHO_AM_I寄存器

此寄存器用于验证设备的身份。默认读出为0x68，如果读出是0x68，说明单片机跟MPU6050通讯成功。

2.加速度数据

从上到下分别为X轴高8位陀加速度值、X轴低8位加速度值、Y轴高8位加速度值…由于其地址也为连续的，我们只需调取连续读函数读0x3B读取6次就可以了

3.陀螺仪数据

从上到下分别为X轴高8位陀螺仪值、X轴低8位陀螺仪值、Y轴高8位陀螺仪值，由于其地址为连续的，我们只需调取连续读函数读0x43读取6次就可以了。

从寄存器读上来的数据是原始值，真正的加速度，角速度值需要跟量程挂钩，所以还需加个转换，加(角)速度值真实值 = 原始数据 / 灵敏度，例如读上来加速度寄存器值为1000，在±2g量程下，加速度真实值为1000/16384≈0.061g‌。
如果量程寄存器不配置，默认加速度量程是±2g，默认陀螺仪量程±250度/秒。

加速度数据灵敏度表格如下图所示：

陀螺仪数据灵敏度表格如下图所示：

三.MPU6050模块原理图及与模块接口定义使用

模块接口定义：

SCL：IIC从时钟信号线SCL，模块需要外接上拉电阻，一般为4.7K
SDA：IIC从时钟信号线SDA，模块需要外接上拉电阻，一般为4.7K
INT：中断输出引脚，可以不接
XCL：IIC主串行数据信号线，用于外接传感器，一般不接
XDA：IIC主串行时钟信号线，用于外接传感器，一般不接
VCC_5V：3.3/5V电源输入
AD0：从IIC接口的地址控制引脚，该引脚控制IIC地址的最低位。默认是悬空就可以，MPU6050的IIC地址是：0x68，所以一般不需要接。真正单片机去读的时候，还需要在最低位加上读写位，这样IIC地址在写的时候就是0xD0,读的时候就是0xD1。
GND：地信号。

所以单片机跟MPU6050模块连接，只要接IIC的两个脚还有电源，地就可以了，总共4根线就可以通信使用了。

四.STM32G474RET6单片机驱动MPU6050读取加速度角速度值实验

1.硬件准备

STLINK接STM32G474RET6开发板，STLINK接电脑USB口， 把OLED模块插在板子上，用4根杜邦线把开发板3.3V与传感器的VCC，开发板GND与传感器的GND，开发板PC6脚与传感器的 SCL，开发板PC7脚与传感器的SDA相连。

2.创建CubeMX工程

如下图所示，打开STM32CubeMX软件，新建工程。

如下图所示，Part Number处输入STM32G474RE，再双击就创建新的工程。

如下图所示，配置下载口引脚，PA13为SWD的SWDIO脚，PA14为SWD的SWCLK脚。

如下图所示，配置硬件IIC，PC6，PC7引脚为IIC引脚。

如下图所示，配置系统主频170Mhz，使用外部8MHZ晶振。

配置工程文件名，保存路径，KEIL5工程输出方式，生成工程。

如下图所示，工程中添加MPU6050驱动文件以及调用读取加速度，陀螺仪值。

MPU6050数据读写，调用硬件IIC HAL库驱动函数。

主要代码如下

unsigned char t,CleanTime;
uint32_t TimeCounter;
extern void i2c_CfgGpio(void);
short Accel[3];
short Gyro [3];
short Temp;
float AccelData[3];//单位mg
float GyroData[3];//单位mdps
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();//8M外部晶振，170MHZ系统主频

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C4_Init();//IIC4初始化，速度100K，PC6：I2C4_SCL，PC7：I2C4_SDA
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	OLED_Init();//OLED初始化  
	OLED_Clear();//OLED清屏
	MPU6050_Init();
	if(MPU6050ReadID() == 0)//ID读取不成功，说明IIC通讯或者供电接线有问题
	{	
	  while(1);
  }
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
			CleanTime++;
			if(CleanTime>=8)//刷屏时间控制
			{
			CleanTime=0;
			OLED_Clear();
			}
			OLED_ShowCHinese(18,0,0);//光
			OLED_ShowCHinese(36,0,1);//子
			OLED_ShowCHinese(54,0,2);//物
			OLED_ShowCHinese(72,0,3);//联
			OLED_ShowCHinese(90,0,4);//网
			MPU6050ReadAcc(Accel);//读取加速度寄存器值
			for( int i=0;i<3;i++)
			{
			if(Accel[i]>=0)
			{
				AccelData[i]=Accel[i]*2000/32768;//转换成加速度值
			}else
			{
				AccelData[i]=-(-Accel[i]+1)*2000/32768;

			}		
		}
			
		if(AccelData[0]<0)
		{
			OLED_ShowString(0,3,"-");
			OLED_ShowNum(8,3,-AccelData[0],4,16);//加速度x	
		}else
		{
			OLED_ShowNum(8,3,AccelData[0],4,16);//加速度x
		}
		
		if(AccelData[1]<0)
		{
			OLED_ShowString(40,3,"-");
			OLED_ShowNum(48,3,-AccelData[1],4,16);//加速度y
		}else
		{
			OLED_ShowNum(48,3,AccelData[1],4,16);//加速度y
		}
		
		if(AccelData[2]<0)
		{
			OLED_ShowString(80,3,"-");
			OLED_ShowNum(88,3,-AccelData[2],4,16);//加速度z
		}else
		{
			OLED_ShowNum(88,3,AccelData[2],4,16);//加速度z
		}
		
		MPU6050ReadGyro(Gyro);//读取陀螺仪寄存器值	 
		for( int i=0;i<3;i++)
		{

		if(Gyro[i]>=0)
		{
			GyroData[i]=Gyro[i]*2000/32768;//转换成陀螺仪值
		}else
		{
			GyroData[i]=-(-Gyro[i]+1)*2000/32768;
		}

	 }		
		
		if(GyroData[0]<0)
		{
			OLED_ShowString(0,6,"-");
			OLED_ShowNum(8,6,-GyroData[0],4,16);//陀螺仪x	
		}else
		{
			OLED_ShowNum(8,6,GyroData[0],4,16);//陀螺仪x
		}
		
		if(GyroData[1]<0)
		{
			OLED_ShowString(40,6,"-");
			OLED_ShowNum(48,6,-GyroData[1],4,16);//陀螺仪y
		}else
		{
			OLED_ShowNum(48,6,GyroData[1],4,16);//陀螺仪y
		}
		
		if(GyroData[2]<0)
		{
			OLED_ShowString(80,6,"-");
			OLED_ShowNum(88,6,-GyroData[2],4,16);//陀螺仪z
		}else
		{
			OLED_ShowNum(88,6,GyroData[2],4,16);//陀螺仪z
		}
		HAL_Delay(200);//等待200ms，为了数据显示不是太快

  }
  /* USER CODE END 3 */
}

OLED显示的学习可以参考前面的文章，链接如下，因为都是使用GPIO口模拟操作，跟单片机平台相关性就不大了。
https://gzwelink.blog.csdn.net/article/details/142330816?fromshare=blogdetail&sharetype=blogdetail&sharerId=142330816&sharerefer=PC&sharesource=zy2232652&sharefrom=from_link

3.实验结果

结果如下图所示，全速运行，可以看到液晶显示加速度(单位mg，第一排数据，分别代表X,Y,Z)，陀螺仪值(单位mpds,第二排数据，分别代表X,Y,Z)，稍微一动模块，数值会变化比较明显。

五.小结

学会STM32单片机驱动MPU6050，在无人机、机器人、智能手机、平板电脑、可穿戴设备等应用6轴陀螺仪的场合就会得心应手。