MPU6050芯片 寄存器详解与配置指南（详解）

MPU6050

主要寄存器

#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

MPU6050_SMPLRT_DIV (0x19)：采样率分频寄存器

• 功能：设置陀螺仪的采样频率（最终输出速率）。
• 原理：陀螺仪的原始输出速率（典型值为 8kHz）会被此寄存器的值分频，最终采样率公式为：
  采样率 = 陀螺仪输出率 / (分频值 + 1)
  例如：分频值设为 0x07（7），则采样率为 8kHz/(7+1)=1kHz。

MPU6050_CONFIG (0x1A)：配置寄存器

• 功能
  • 低通滤波器（DLPF）配置：设置陀螺仪和温度传感器的抗混叠滤波器截止频率（影响噪声和响应速度）。
  • 外部帧同步（FSYNC）：可选同步外部输入信号（用于多传感器同步）。
• 典型设置：例如设置 0x03 对应低通滤波器截止频率≈42Hz（标准模式常用）。

MPU6050_GYRO_CONFIG (0x1B)：陀螺仪配置寄存器

• 功能
  • 满量程范围（FS_SEL 位）：设置陀螺仪的测量范围（±250/±500/±1000/±2000°/s）。
  • 自检功能（X/Y/Z_GYRO_SELF_TEST 位）：用于验证陀螺仪硬件是否正常（工厂校准用，用户一般不使用）。
• 示例：FS_SEL=0b01 对应 ±500°/s，分辨率为 500*2 / 65536 ≈ 0.015268°/s/LSB。

MPU6050_ACCEL_CONFIG (0x1C)：加速度计配置寄存器

• 功能
  • 满量程范围（AFS_SEL 位）：设置加速度计的测量范围（±2/±4/±8/±16g）。
  • 自检功能（X/Y/Z_ACCEL_SELF_TEST 位）：验证加速度计硬件是否正常。
  • 高通滤波器（HPF）配置：可选设置加速度计的高通滤波器（用于去除低频噪声，如重力偏移）。

数据输出类寄存器（0x3B~0x48）

这些寄存器存储传感器的原始采样数据（16 位有符号整数，高位在前），具体对应关系如下：

寄存器地址	含义	说明
0x3B	ACCEL_XOUT_H	加速度计 X 轴数据高位（高 8 位）
0x3C	ACCEL_XOUT_L	加速度计 X 轴数据低位（低 8 位）
0x3D~0x40	ACCEL_YOUT_H/L、ACCEL_ZOUT_H/L	加速度计 Y 轴、Z 轴数据（同上）
0x41~0x42	TEMP_OUT_H/L	温度传感器数据（原始值需转换为实际温度：温度(℃) = 36.53 + 原始值/340）
0x43~0x48	GYRO_XOUT_H/L、GYRO_YOUT_H/L、GYRO_ZOUT_H/L	陀螺仪 X/Y/Z 轴数据（同上）

电源管理类寄存器

MPU6050_PWR_MGMT_1 (0x6B)：电源管理寄存器 1

• 核心功能
  • 复位（DEVICE_RESET 位）：写 1 可软复位所有寄存器（需等待复位完成）。
  • 睡眠模式（SLEEP 位）：写 1 进入低功耗睡眠模式（默认上电后可能处于此模式）。
  • 时钟源选择（CLKSEL 位）：可选内部 8MHz 晶振或陀螺仪 X 轴时钟（推荐用陀螺仪时钟以提高精度）。
  • 温度传感器使能（TEMP_DIS 位）：默认使能，写 1 可关闭（降低功耗）。

MPU6050_PWR_MGMT_2 (0x6C)：电源管理寄存器 2

• 功能：控制加速度计和陀螺仪各轴的待机模式。
  • 若某轴的待机位（如 X_GYRO_STBY）置 1，则该轴传感器进入低功耗待机（节省电流）。
  • 通常需要将所有轴的待机位清零（使能所有轴）以正常工作。

设备标识寄存器

MPU6050_WHO_AM_I (0x75)：身份识别寄存器

• 功能：存储设备的固定 ID（默认值为 0x68），用于验证 MPU6050 是否正常连接。
• 使用场景：初始化时读取此寄存器，若值不为 0x68，说明 I2C 通信失败或硬件异常。

1. 采样频率分频器（Sample Rate Divider）

• 地址：0x19（十进制 25）

• 功能：配置采样频率分频系数，控制 ADC 转换速度和数据刷新率。

  • 公式

    数据刷新率 = 陀螺仪输出时钟频率 /（1 + 分频值）

    • 未使用低通滤波器时，陀螺仪时钟为 8kHz；
    • 使用低通滤波器时，陀螺仪时钟为 1kHz。

  • 配置逻辑：分频值越小，数据刷新越快（如分频值 = 0 时，刷新率 = 8kHz/1=8kHz）。

2. 陀螺仪配置寄存器（Gyroscope Configuration）

• 地址：0x1B（十进制 27）
• 功能
  • 高 3 位（D7-D5）：自测使能位（FSYNC），置 1 时启用陀螺仪自测功能。
    • 自测使能时的数据 - 自测失能时的数据 = 自测响应
    • 使能自测位 → 读取数据 → 禁用自测位 → 再次读取数据 → 计算自测响应值 → 与手册范围对比验证芯片功能。
  • 中间 2 位（D4-D3）：满量程范围选择（FS_SEL）
    • 00：±250°/s
    • 01：±500°/s
    • 10：±1000°/s
    • 11：±2000°/s
  • 低 3 位（D2-D0）：保留位，默认 0。
  • 通过陀螺仪配置寄存器（0x1B）的低 3 位选择滤波参数，参数越大，数据越平滑（但延迟增加）。

3. 加速度计配置寄存器（Accelerometer Configuration）

• 地址：0x1C（十进制 28）
• 功能
  • 高 3 位（D7-D5）：自测使能位，置 1 时启用加速度计自测功能。与上面一致
  • 中间 2 位（D4-D3）：满量程范围选择
    • 00：±2g
    • 01：±4g
    • 10：±8g
    • 11：±16g
  • 低 3 位（D2-D0）：高通滤波器配置（用于运动检测，默认 0，暂不使用）。

4. 电源管理寄存器 1（Power Management 1）

• 地址：0x6B（十进制 107）
• 功能
  • D7（RESET）：复位位，置 1 时所有寄存器恢复默认值。
  • D6（SLEEP）：睡眠模式，置 1 时芯片进入低功耗模式（上电默认值为 1，需手动清零解除睡眠）。
  • D5（CYCLE）：循环模式，置 1 时芯片周期性唤醒（低功耗模式）。
  • D4（TEMP_DIS）：温度传感器禁用位，置 1 时关闭温度传感器。
  • D3-D1（CLK_SEL）：时钟源选择（关键配置）：
    • 000：内部晶振（默认）
    • 001：X 轴陀螺仪晶振（推荐，精度更高）
    • 010：Y 轴陀螺仪晶振
    • 011：Z 轴陀螺仪晶振
    • 100：外部时钟（32.768kHz 方波）
    • 101：外部时钟（19.2MHz 方波）

5. 电源管理寄存器 2（Power Management 2）

• 地址：0x6C（十进制 108）
• 功能：控制各轴待机模式，置 1 时对应轴进入低功耗状态（如仅需加速度计数据，可将陀螺仪轴待机）。
  • D7-D2：分别对应陀螺仪 X/Y/Z 轴和加速度计 X/Y/Z 轴的待机位。

6. 数据寄存器（Data Registers）

• 加速度计数据

  • X 轴：0x3B（H）、0x3C（L）
  • Y 轴：0x3D（H）、0x3E（L）
  • Z 轴：0x3F（H）、0x40（L）

• 陀螺仪数据

  • X 轴：0x43（H）、0x44（L）
  • Y 轴：0x45（H）、0x46（L）
  • Z 轴：0x47（H）、0x48（L）

• 温度传感器数据：0x41（H）、0x42（L）

• 读取方法

  // 示例：读取加速度计X轴数据
  uint8_t acc_x_h = read_reg(0x3B);
  uint8_t acc_x_l = read_reg(0x3C);
  int16_t acc_x = (acc_x_h << 8) | acc_x_l; // 合并高低位
  

7. ID 寄存器（WHO_AM_I）

• 地址：0x75（十进制 117）
• 功能：只读寄存器，值固定为 0x68，用于验证芯片是否正常连接（与 AD0 引脚无关，AD0 仅影响 I2C 从机地址）。

三、寄存器配置关键注意事项

1. 上电默认值

   • 电源管理寄存器 1（0x6B）默认值为 0x40（即 SLEEP=1），需先写入 0x01 解除睡眠模式并选择时钟源（如陀螺仪晶振）。

   // 示例：初始化电源管理寄存器
   write_reg(0x6B, 0x01); // 解除睡眠，选择X轴陀螺仪晶振（CLK_SEL=001）
   

2. 满量程与分辨率

   • 满量程越小，分辨率越高（如加速度计 ±2g 量程时，1LSB 对应 2g/32768 ≈ 0.00015g），需根据实际运动幅度选择。

3. I2C 地址与读写操作

   • 7 位从机地址：AD0=0 时为 0x68，AD0=1 时为 0x69。
   • 两种表示方式
     • 方式 1：地址仅含 7 位（如0x68），读写时需左移 1 位并添加读写位（写0x68<<1=0xD0，读0xD0|0x01=0xD1）。
     • 方式 2：直接使用带读写位的地址（写0xD0，读0xD1）。

MPU6050实现通信的主要代码

// MPU6050.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050Reg.h" 
#define MPU6050_Address 0xD0


//指定位置读
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t data;
	//起始位
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_Address);
	//接收应答位
	MyI2C_ReadAck();
	//发送寄存器地址
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReadAck();
	
	//因为又要设置读写，所以要重启起始位
	MyI2C_Start();
	//发送从机地址,因为是读数据所以地址最后的读写位为1
	MyI2C_SendByte(MPU6050_Address | 0x01);
	//接收应答位
	MyI2C_ReadAck();
	data = MyI2C_ReadByte();
	//发送应答位 表示要停止
	MyI2C_SendAck(1);
	MyI2C_End();
	return data;
}
//指定地址写
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
	//起始位
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_Address);
	//接收应答位
	MyI2C_ReadAck();
	//发送寄存器地址
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReadAck();
	//发送数据
	MyI2C_SendByte(Data);
	MyI2C_ReadAck();
	//停止位
	MyI2C_End();
}
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}
void MPU6050_Init(void)
{
	MyI2C_Init();
	//配置相关的寄存器
	//电源管理寄存器 时钟选择陀螺仪x时钟
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
	//电源管理寄存器2 配置待机模式，都不待机
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
	//配置分频系数，值越小越快
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);
	//配置寄存器 滤波模式 最平滑的滤波 0x06
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
	//陀螺仪配置寄存器 选择最大量程 11 
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
	//加速度计配置寄存器 最大量程
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);
	
}
//经过上面寄存器的配置，数据都存在了寄存器中，直接设置读取寄存器的函数
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_H);
	*GyroZ = DataH << 8 | DataL;
	
}