一、型號

我看了一下型號為 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和寄存器映射和描述，參看：MPU6050 官網(wǎng)

二、查看芯片手冊

(1)產(chǎn)品簡介

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)，以及一個可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動處理器 DMP( DigitalMotion Processor)，可用I2C接口連接一個第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過其 I2C或SPI接口輸出一個9軸的信號( SPI接口僅在MPU-6000可用)。 MPU-60X0也可以通過其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。

MPU-60X0對陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個16位的ADC，將其測量的模擬量轉(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，傳感器的測量范圍都是用戶可控的，陀螺儀可測范圍為±250， ±500， ±1000， ±2000°/秒( dps)，加速度計(jì)可測范圍為±2， ±4，±8， ±16g。

一個片上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)。 對于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用， 對寄存器的讀取和中斷可用 20MHz的SPI。另外，片上還內(nèi)嵌了一個溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動的振蕩器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封裝(無引線方形封裝)，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 VLOGIC引腳，用來為 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 敏感度與全格感測范圍為±250、 ±500、 ±1000與±2000°/sec 的3軸角速度感測器(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器的飄移。

數(shù)字運(yùn)動處理(DMP:DigitalMotion Processing)引擎可減少復(fù)雜的融合演算數(shù)據(jù)、 感測器同步化、 姿勢感應(yīng)等的負(fù)荷。 運(yùn)動處理數(shù)據(jù)庫支持 Android、 Linux與Windows 內(nèi)建之運(yùn)作時間偏差與磁力感測器校正演算技術(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)支援姿勢識別、搖攝、畫面放大縮小、滾動、快速下降中斷、 high-G中斷、零動作感應(yīng)、觸擊感應(yīng)、搖動感應(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。 可選外部時鐘輸入 32.768kHz或19.2MHz

(3)使用說明

《1》引腳輸出和信號描述

《2》典型用法

《3》所需電容規(guī)格

需要了解的小知識點(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

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)

元器件級別主要是指其工作溫度范圍，如下：

商業(yè)級：0℃~+70℃

工業(yè)級：-40℃~+85℃

汽車級：-40℃～125℃

軍品級：-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!!這道題我不會做，太難了!

帶著這些問題，繼續(xù)看芯片手冊。

一、概述

MPU-60X0由以下幾個關(guān)鍵塊和功能組成：

1、帶有16位ADC和信號調(diào)理的三軸MEMS速率陀螺儀傳感器

2、具有16位ADC和信號調(diào)理的三軸MEMS加速度傳感器

3、數(shù)字運(yùn)動處理器(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、偏見和LDO

13、充電泵

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

接下來就一一的開始看。

二、帶有16位ADC和信號調(diào)理的三軸MEMS陀螺儀

MPU-60X0由三個獨(dú)立的振動MEMS速率陀螺儀組成，可檢測旋轉(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，科里奧利效應(yīng)就會產(chǎn)生電容式傳感器檢測到的振動。 所得到的信號被放大，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)對每個軸進(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個采樣點(diǎn)編程到每秒3.9個采樣點(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)為每個軸使用單獨(dú)的檢測質(zhì)量。 加速沿著一條特定軸在相應(yīng)的檢測質(zhì)量上引起位移，并且電容式傳感器檢測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，將進(jìn)行測量在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關(guān)。 每個傳感器都有一個專用的sigma-delta ADC來提供數(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)動處理器(DMP)

嵌入式數(shù)字運(yùn)動處理器(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可以訪問其中的一個MPU的外部引腳，可用于產(chǎn)生中斷。

DMP的目的是卸載主機(jī)處理器的時序要求和處理能力。通常，運(yùn)動處理算法應(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，一個低功率的用戶界面可能會以5Hz的速度更新，但運(yùn)動處理仍然應(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，簡化定時，簡化軟件架構(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，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MPU-60X0作為主設(shè)備與外接傳感器通信;

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

因?yàn)槲覜]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)動處理組件。

這里的六軸，代表的是它內(nèi)置了一個三軸 MEMS 陀螺儀、一個三軸 MEMS 加速度計(jì)，一個數(shù)字運(yùn)動處理引擎(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三軸磁力計(jì)，MPU6050 能提供一個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個測量軸和旋轉(zhuǎn)方向。

旋轉(zhuǎn)的正向可用右手螺旋定則判斷

七、內(nèi)部時鐘生成

MPU-60X0具有靈活的時鐘方案，允許多種內(nèi)部或外部時鐘源用于內(nèi)部同步電路。這個同步電路包括信號調(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)生這個時鐘。

產(chǎn)生內(nèi)部時鐘的允許的內(nèi)部源是：

內(nèi)部張弛振蕩器

任何X，Y或Z陀螺(在整個溫度范圍內(nèi)變化±1%的MEMS振蕩器)

允許的外部時鐘源是：

32.768kHz方波

19.2MHz方波

生成內(nèi)部同步時鐘源的選擇取決于外部的可用性來源以及對功耗和時鐘精度的要求。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)動處理器進(jìn)行處理加速計(jì)數(shù)據(jù)，同時保持陀螺儀關(guān)閉。在這種情況下，內(nèi)部張弛振蕩器是一個好時鐘選擇。但是，在另一種陀螺儀激活的模式下，選擇陀螺儀作為時鐘源提供更精確的時鐘源。時鐘精度非常重要，因?yàn)闀r序誤差直接影響數(shù)字運(yùn)動處理器(以及任何處理器的擴(kuò)展)執(zhí)行的距離和角度計(jì)算。還有啟動條件要考慮。當(dāng)MPU-60X0首次啟動時，設(shè)備使用其內(nèi)部時鐘，直到編程從另一個來源操作。這允許用戶例如等待使MEMS振蕩器在被選為時鐘源之前穩(wěn)定下來。

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量數(shù)據(jù)。 它們是只讀寄存器，可通過串行接口訪問。 這些寄存器的數(shù)據(jù)可以隨時讀取。 但是，可以使用中斷函數(shù)來確定新數(shù)據(jù)何時可用。

九、FIFO

MPU-60X0包含一個可通過串行接口訪問的1024字節(jié)FIFO寄存器。 FIFO配置寄存器決定哪個數(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)何時可用。

十、中斷

中斷功能通過中斷配置寄存器進(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)時鐘發(fā)生器鎖定到新的參考振蕩器(用于切換時鐘源);

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

(3)加速度計(jì)事件中斷;

(4)MPU-60X0 沒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。 其兩個輸入是一個2.375至3.46V的未調(diào)整VDD和一個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旁邊被一個電容旁路。