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软件I2C读写MPU6050
要实现软件I2C读写MPU6050分为两个部分：
- 完成软件I2C协议时序
- 基于I2C协议读写寄存器操控MPU6050
接线图
代码整体框架
首先建立 I2C 通信层的 .c 和 .h 模块，在通信层中写好 I2C 底层的 GPIO 初始化和 6 个时序基本单元（起始、终止、发送一个字节、接收一个字节、发送应答、接收应答）
写好 I2C 通信层之后再建立 MPU6050 的 .c 和 .h 模块，在这一层将基于 I2C 通信的模块来实现指定地址读、指定地址写，再实现写寄存器对芯片进行配置，读寄存器获取传感器数据
最终在 main.c 中调用 MPU6050 的模块
MyI2C模块
MyI2C.c
I2C 底层 GPIO 初始化
软件 I2C 初始化 GPIO 有两个任务：
- 把 SCL 和 SDA 都初始化为开漏输出模式
- 把 SCL 和 SDA 置高电平
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
/*
因为在后面的程序中有很多地方需要指定 GPIO 端口号
如果一直使用 GPIO_Pin_x 这样的形式很不方便且语义不明显
一旦切换端口需要改动的地方会特别多
可以使用宏定义，将端口号统一替换一个名字
#define SCL_PORT GPIOB
#define SCL_PIN GPIO_Pin_10
但是替换之后可能不太好移植，所以直接定义函数解决
*/
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue){
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
Delay_us(10);
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue){
GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
Delay_us(10);
}
uint8_t MyI2C_R_SDA(void){
uint8_t BitValue;
BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
Delay_us(10);
return BitValue;
}
void MyI2C_Init(void){
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}
6 个时序基本单元
-
起始
void MyI2C_Start(void){ MyI2C_W_SDA(1); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SDA(0); MyI2C_W_SCL(0); } -
终止
void MyI2C_Stop(void){ MyI2C_W_SDA(0); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SDA(1); } -
发送一个字节
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte){ uint8_t i; for(i = 0; i < 8; i++){ MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80) >> i); //使用按位与的方式取出对应位 MyI2C_W_SCL(1); //释放SCL之后从机会立刻读取SDA中的数据 MyI2C_W_SCL(0); //拉低SCL，继续存放下一位数据 } } -
接收一个字节
uint8_t MyI2C_RecieveByte(void){ uint8_t Byte = 0x00; MyI2C_W_SDA(1); //主机发送完请求释放SDA，因为SDA是开漏模式，所以从机回应就会拉低SDA，如果没有拉低，说明没有回应 uint8_t i; for(i = 0; i < 8; i++){ MyI2C_W_SCL(1); //主机释放SCL，主机读取SDA数据 if(MyI2C_R_SDA() == 1){ Byte = Byte | (0x80) >> i; } MyI2C_W_SCL(0); //拉低SCL，从机将数据放到SDA } return Byte; } -
发送应答
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit){ MyI2C_W_SDA(AckBit); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SCL(0); } -
接收应答
uint8_t MyI2C_RecieveAck(void){ uint8_t AckBit = 0x00; MyI2C_W_SDA(1); MyI2C_W_SCL(1); AckBit = MyI2C_R_SDA(); MyI2C_W_SCL(0); return AckBit; }
MyI2C.h
#ifndef __MYI2C_H
#define __MYI2C_H
void MyI2C_Init(void);
void MyI2C_Start(void);
void MyI2C_Stop(void);
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte);
uint8_t MyI2C_RecieveByte(void);
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit);
uint8_t MyI2C_RecieveAck(void);
#endif
MPU6050模块
MPU6050.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0
指定地址写寄存器
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data){
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
MyI2C_RecieveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_RecieveAck();
MyI2C_SendByte(Data);
MyI2C_RecieveAck();
MyI2C_Stop();
}
指定地址读寄存器
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress){
uint8_t Data;
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
MyI2C_RecieveAck();
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_RecieveAck();
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);
MyI2C_RecieveAck();
Data = MyI2C_RecieveByte();
MyI2C_SendAck(1); //主机给从机应答
//如果想继续读多个字节，就给应答 MyI2C_SendAck(0)，从机收到应答后会继续发送数据，如果不想继续读，就不能给从机应答 MyI2C_SendAck(1)
MyI2C_Stop();
return Data;
}
其他
使用单独的头文件 MPU6050_Reg.h 存放寄存器地址的宏定义，方便后续使用（因为寄存器数量较多所以单独建一个头文件，数量不多的话直接在 MPU6050.c 文件中写就行）
MPU6050_Reg.h
#ifndef __MPUMPU6050_REG_H
#define __MPUMPU6050_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
void MPU6050_Init(void){
MyI2C_Init();
//还需要写入一些寄存器对MPU6050硬件电路进行初始化配置
/*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DLPF
MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18); //陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/s
MPU6050_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
}
/**
* 函 数：MPU6050获取数据
* 参 数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
* 参 数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
* 返 回 值：无
*/
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.h
#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
void 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
main.c 源程序
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.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(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
MPU6050_Init(); //MPU6050初始化
/*显示ID号*/
OLED_ShowString(1, 1, "ID:"); //显示静态字符串
ID = MPU6050_GetID(); //获取MPU6050的ID号
OLED_ShowHexNum(1, 4, ID, 2); //OLED显示ID号
while (1)
{
MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ); //获取MPU6050的数据
OLED_ShowSignedNum(2, 1, AX, 5); //OLED显示数据
OLED_ShowSignedNum(3, 1, AY, 5);
OLED_ShowSignedNum(4, 1, AZ, 5);
OLED_ShowSignedNum(2, 8, GX, 5);
OLED_ShowSignedNum(3, 8, GY, 5);
OLED_ShowSignedNum(4, 8, GZ, 5);
}
}
STM32 专栏文章均参考 《STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕》教程视频