一、型號(hào)

我看了一下型號(hào)為 GY-521 MPU6050模塊 三維角度傳感器6DOF 三軸加速度計(jì)電子陀螺儀

可在官網(wǎng)下載最新的芯片手冊(cè)和寄存器映射和描述，參看：MPU6050 官網(wǎng)

二、查看芯片手冊(cè)

(1)產(chǎn)品簡(jiǎn)介

MPU-60X0是世界上第一款集成 6 軸MotionTracking設(shè)備。它集成了3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器 DMP( DigitalMotion Processor)，可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其 I2C或SPI接口輸出一個(gè)9軸的信號(hào)( SPI接口僅在MPU-6000可用)。 MPU-60X0也可以通過(guò)其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。

MPU-60X0對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè)16位的ADC，將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng)，傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的，陀螺儀可測(cè)范圍為±250， ±500， ±1000， ±2000°/秒( dps)，加速度計(jì)可測(cè)范圍為±2， ±4，±8， ±16g。

一個(gè)片上1024字節(jié)的FIFO，有助于降低系統(tǒng)功耗。和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用 400kHz的 I2C接口或 1MHz的 SPI接口( SPI僅MPU-6000可用)。 對(duì)于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用， 對(duì)寄存器的讀取和中斷可用 20MHz的SPI。另外，片上還內(nèi)嵌了一個(gè)溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封裝(無(wú)引線方形封裝)，可承受最大 10000g的沖擊，并有可編程的低通濾波器。

關(guān)于電源， MPU-60X0可支持 VDD范圍 2.5V±5%， 3.0V±5%，或 3.3V±5%。另外MPU-6050還有一個(gè) VLOGIC引腳，用來(lái)為 I2C輸出提供邏輯電平。 VLOGIC電壓可取1.8±5%或者VDD。

(2)產(chǎn)品特征

數(shù)字輸出6軸或9軸的旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)(quaternion)、歐拉角格式(EulerAngleforma)的融合演算數(shù)據(jù)。

具有131 LSBs/°/sec 敏感度與全格感測(cè)范圍為±250、 ±500、 ±1000與±2000°/sec 的3軸角速度感測(cè)器(陀螺儀)。

可程式控制，且程式控制范圍為±2g、 ±4g、 ±8g和±16g的3軸加速器。

移除加速器與陀螺儀軸間敏感度，降低設(shè)定給予的影響與感測(cè)器的飄移。

數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理(DMP:DigitalMotion Processing)引擎可減少?gòu)?fù)雜的融合演算數(shù)據(jù)、 感測(cè)器同步化、 姿勢(shì)感應(yīng)等的負(fù)荷。 運(yùn)動(dòng)處理數(shù)據(jù)庫(kù)支持 Android、 Linux與Windows 內(nèi)建之運(yùn)作時(shí)間偏差與磁力感測(cè)器校正演算技術(shù)，免除了客戶須另外進(jìn)行校正的需求。

以數(shù)位輸出的溫度傳感器

以數(shù)位輸入的同步引腳(Syncpin)支援視頻電子影相穩(wěn)定技術(shù)與GPS

可程式控制的中斷(interrupt)支援姿勢(shì)識(shí)別、搖攝、畫面放大縮小、滾動(dòng)、快速下降中斷、 high-G中斷、零動(dòng)作感應(yīng)、觸擊感應(yīng)、搖動(dòng)感應(yīng)功能。

VDD供電電壓為2.5V±5%、 3.0V±5%、 3.3V±5%; VDDIO為1.8V±5%

陀螺儀運(yùn)作電流： 5mA， 陀螺儀待命電流： 5uA; 加速器運(yùn)作電流： 500uA， 加速器省電模式電流： 40uA@10Hz

高達(dá) 400kHz 快速模式的 I2C，或最高至 20MHz 的 SPI 串行主機(jī)接口(serial hostinterface)

內(nèi)建振蕩器在工作溫度范圍內(nèi)僅有±1%頻率變化。 可選外部時(shí)鐘輸入 32.768kHz或19.2MHz

(3)使用說(shuō)明

《1》引腳輸出和信號(hào)描述

《2》典型用法

《3》所需電容規(guī)格

需要了解的小知識(shí)點(diǎn)：

電容的基本單位是F(法拉)，其它單位還有：毫法(mF)、微法(uF)、納法(nF)、皮法(pF)。

由于單位F 的容量太大，所以我們看到的一般都是μF、nF、pF的單位。

換算：1F=1000000μF，1μF=1000nF=1000000pF

電容規(guī)格：Ceramic, X7R, 0.1μF ±10%, 2V 是什么意思呢?

參看：全系列電容規(guī)格書(shū)

Ceramic

陶瓷介質(zhì)

X7R

溫度系數(shù)/特性：工作溫度范圍 -55℃～125℃ (軍工級(jí))

元器件級(jí)別主要是指其工作溫度范圍，如下：

商業(yè)級(jí)：0℃~+70℃

工業(yè)級(jí)：-40℃~+85℃

汽車級(jí)：-40℃～125℃

軍品級(jí)：-55℃~+125℃

0.1μF ±10%

0.1μF 容量，容差是±10%

2V

額定電壓，以此也可以選擇電容尺寸

三、電路圖

到此，硬件部分看完了!!

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上面簡(jiǎn)單的介紹了 MPU6050，里面有好多概念不明白，3軸、6軸、9軸、加速度計(jì)、磁力針、DMP等等。

都是什么玩意。。。啊!!這道題我不會(huì)做，太難了!

帶著這些問(wèn)題，繼續(xù)看芯片手冊(cè)。

一、概述

MPU-60X0由以下幾個(gè)關(guān)鍵塊和功能組成：

1、帶有16位ADC和信號(hào)調(diào)理的三軸MEMS速率陀螺儀傳感器

2、具有16位ADC和信號(hào)調(diào)理的三軸MEMS加速度傳感器

3、數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP)引擎

4、主I2C和SPI(僅MPU-6000)串行通信接口

5、用于第三方磁力計(jì)和其他傳感器的輔助I2C串行接口

6、時(shí)鐘

7、傳感器數(shù)據(jù)寄存器

8、FIFO

9、中斷

10、數(shù)字輸出溫度傳感器

11、陀螺儀和加速度計(jì)自檢

12、偏見(jiàn)和LDO

13、充電泵

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

接下來(lái)就一一的開(kāi)始看。

二、帶有16位ADC和信號(hào)調(diào)理的三軸MEMS陀螺儀

MPU-60X0由三個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)MEMS速率陀螺儀組成，可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度X軸，Y軸和Z軸。 當(dāng)陀螺儀圍繞任何感應(yīng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，科里奧利效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生電容式傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)。 所得到的信號(hào)被放大，解調(diào)和濾波產(chǎn)生與角速度成比例的電壓。 該電壓使用單獨(dú)的片內(nèi)數(shù)字化16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行采樣。 陀螺儀傳感器可以全面范圍的被數(shù)字編程為每秒±250，±500，±1000或±2000度(dps)。 ADC樣本速率可以從每秒8,000個(gè)采樣點(diǎn)編程到每秒3.9個(gè)采樣點(diǎn)，并且可由用戶選擇低通濾波器可實(shí)現(xiàn)廣泛的截止頻率。

三、具有16位ADC和信號(hào)調(diào)理的三軸MEMS加速度計(jì)

MPU-60X0的3軸加速度計(jì)為每個(gè)軸使用單獨(dú)的檢測(cè)質(zhì)量。 加速沿著一條特定軸在相應(yīng)的檢測(cè)質(zhì)量上引起位移，并且電容式傳感器檢測(cè)到該位移位移有差別。 MPU-60X0的架構(gòu)降低了加速度計(jì)的敏感度制造變化以及熱漂移。 當(dāng)設(shè)備放置在平坦的表面上時(shí)，將進(jìn)行測(cè)量在X和Y軸上為 0g，在Z軸上為+ 1g。 加速度計(jì)的比例因子在工廠進(jìn)行校準(zhǔn)并且在名義上與電源電壓無(wú)關(guān)。 每個(gè)傳感器都有一個(gè)專用的sigma-delta ADC來(lái)提供數(shù)字輸出。 數(shù)字輸出的滿量程范圍可以調(diào)整到±2g，±4g，±8g或±16g。

四、數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP)

嵌入式數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP)位于MPU-60X0內(nèi)部，可從主機(jī)處理器中卸載運(yùn)動(dòng)處理算法的運(yùn)算。 DMP從加速度計(jì)，陀螺儀以及其他第三方傳感器(如磁力計(jì))獲取數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)可以從DMP的寄存器中讀取，或者可以在FIFO中緩沖。 DMP可以訪問(wèn)其中的一個(gè)MPU的外部引腳，可用于產(chǎn)生中斷。

DMP的目的是卸載主機(jī)處理器的時(shí)序要求和處理能力。通常，運(yùn)動(dòng)處理算法應(yīng)該以高速運(yùn)行，通常在200Hz左右，以提供低延遲的精確結(jié)果。即使應(yīng)用程序以更低的速率更新，這也是必需的。例如，一個(gè)低功率的用戶界面可能會(huì)以5Hz的速度更新，但運(yùn)動(dòng)處理仍然應(yīng)該以200Hz運(yùn)行。 DMP可以作為一種工具使用，以最大限度地降低功耗，簡(jiǎn)化定時(shí)，簡(jiǎn)化軟件架構(gòu)，并在主機(jī)處理器上節(jié)省寶貴的MIPS，以便在應(yīng)用中使用。

五、主要 I2C 和 SPI 串行通信接口

MPU-60X0使用 SPI(僅MPU-6000)或 I2C 串行通信至系統(tǒng)處理器接口。 與系統(tǒng)處理器通信時(shí)，MPU-60X0始終充當(dāng)從屬設(shè)備。 LSB的 I2C 從地址的地址由引腳9(AD0)設(shè)置(一般接地)。

MPU-60X0與其主機(jī)之間的通信邏輯電平如下：

MPU-6000：與主機(jī)通信的邏輯電平由VDD上的電壓設(shè)置

MPU-6050：與主機(jī)通信的邏輯電平由VLOGIC上的電壓設(shè)置

六、輔助I2C串行接口

MPU-60X0 具有一個(gè)輔助 I2C 總線，用于與片外3軸數(shù)字輸出磁力計(jì)進(jìn)行通信或其他傳感器。

兩種工作模式：

I2C Master Mode，此時(shí)MPU-60X0作為主設(shè)備與外接傳感器通信;

Pass-Through Mode， 此時(shí)僅用作連接， 允許MPU和外接傳感器同時(shí)和芯片通信。

因?yàn)槲覜](méi)有用到磁力針，這部分不詳講。

到此就搞清楚了：

GY-521MPU6050 是三維角度傳感器，為全球首例集成六軸傳感器的運(yùn)動(dòng)處理組件。

這里的六軸，代表的是它內(nèi)置了一個(gè)三軸 MEMS 陀螺儀、一個(gè)三軸 MEMS 加速度計(jì)，一個(gè)數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理引擎(DMP)。它還有用于第三方的數(shù)字傳感器接口的輔助 I2C 串行接口，比如當(dāng)輔助 I2C 串行接口連接到一個(gè)三軸磁力計(jì)，MPU6050 能提供一個(gè)完整的九軸融合輸出到其主 I2C 端口。

下圖標(biāo)明了傳感器的參考坐標(biāo)系( XYZ組成右手系)以及 3個(gè)測(cè)量軸和旋轉(zhuǎn)方向。

旋轉(zhuǎn)的正向可用右手螺旋定則判斷

七、內(nèi)部時(shí)鐘生成

MPU-60X0具有靈活的時(shí)鐘方案，允許多種內(nèi)部或外部時(shí)鐘源用于內(nèi)部同步電路。這個(gè)同步電路包括信號(hào)調(diào)理和

ADC，DMP以及各種控制電路和寄存器。片內(nèi)PLL提供了靈活性允許輸入產(chǎn)生這個(gè)時(shí)鐘。

產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘的允許的內(nèi)部源是：

內(nèi)部張弛振蕩器

任何X，Y或Z陀螺(在整個(gè)溫度范圍內(nèi)變化±1%的MEMS振蕩器)

允許的外部時(shí)鐘源是：

32.768kHz方波

19.2MHz方波

生成內(nèi)部同步時(shí)鐘源的選擇取決于外部的可用性來(lái)源以及對(duì)功耗和時(shí)鐘精度的要求。這些要求將是最多的可能因操作模式而異。例如，在一種模式中，最關(guān)心的是電量消耗，用戶可能希望操作MPU-60X0的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器進(jìn)行處理加速計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)保持陀螺儀關(guān)閉。在這種情況下，內(nèi)部張弛振蕩器是一個(gè)好時(shí)鐘選擇。但是，在另一種陀螺儀激活的模式下，選擇陀螺儀作為時(shí)鐘源提供更精確的時(shí)鐘源。時(shí)鐘精度非常重要，因?yàn)闀r(shí)序誤差直接影響數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(以及任何處理器的擴(kuò)展)執(zhí)行的距離和角度計(jì)算。還有啟動(dòng)條件要考慮。當(dāng)MPU-60X0首次啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備使用其內(nèi)部時(shí)鐘，直到編程從另一個(gè)來(lái)源操作。這允許用戶例如等待使MEMS振蕩器在被選為時(shí)鐘源之前穩(wěn)定下來(lái)。

八、傳感器數(shù)據(jù)寄存器

傳感器數(shù)據(jù)寄存器包含最新的陀螺儀，加速度計(jì)，輔助傳感器和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)。 它們是只讀寄存器，可通過(guò)串行接口訪問(wèn)。 這些寄存器的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)讀取。 但是，可以使用中斷函數(shù)來(lái)確定新數(shù)據(jù)何時(shí)可用。

九、FIFO

MPU-60X0包含一個(gè)可通過(guò)串行接口訪問(wèn)的1024字節(jié)FIFO寄存器。 FIFO配置寄存器決定哪個(gè)數(shù)據(jù)寫入FIFO。 可能的選擇包括陀螺儀數(shù)據(jù)，加速計(jì)數(shù)據(jù)，溫度讀數(shù)，輔助傳感器讀數(shù)和 FSYNC 輸入。 FIFO 計(jì)數(shù)器跟蹤 FIFO 中包含的有效數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 FIFO寄存器支持突發(fā)讀取。 中斷功能可用于確定新數(shù)據(jù)何時(shí)可用。

十、中斷

中斷功能通過(guò)中斷配置寄存器進(jìn)行配置。 可配置的項(xiàng)目包括INT引腳配置，中斷鎖存和清除方法以及中斷觸發(fā)器。 可觸發(fā)中斷的項(xiàng)目有：

(1)時(shí)鐘發(fā)生器鎖定到新的參考振蕩器(用于切換時(shí)鐘源);

(2)可以讀取新數(shù)據(jù)(來(lái)自FIFO和數(shù)據(jù)寄存器);

(3)加速度計(jì)事件中斷;

(4)MPU-60X0 沒(méi)有收到輔助傳感器的確認(rèn)I2C總線。

中斷狀態(tài)可以從中斷狀態(tài)寄存器讀取。

十一、數(shù)字輸出溫度傳感器

片上溫度傳感器和ADC用于測(cè)量MPU-60X0芯片溫度。 ADC的讀數(shù)可以從FIFO或傳感器數(shù)據(jù)寄存器讀取。

十二、偏壓和LDO

偏壓和LDO部分產(chǎn)生MPU-60X0所需的內(nèi)部電源和參考電壓和電流。 其兩個(gè)輸入是一個(gè)2.375至3.46V的未調(diào)整VDD和一個(gè)1.71V至VDD(僅MPU-6050)的VLOGIC邏輯參考電源電壓。 在REGOUT，LDO輸出被一個(gè)電容旁路。

十三、電荷泵

板載電荷泵產(chǎn)生MEMS振蕩器所需的高電壓。 其輸出在CPOUT旁邊被一個(gè)電容旁路。