MPU6050學習筆記
1. 簡述
一直想自己做個四軸飛行器，卻無從下手，終於狠下決心，拿出塵封已久的MPU6050模塊，開始摸索着數據手冊分析，一步一步地實現了MPU6050模塊的功能，從MPU6050模塊中讀取出加速度值和陀螺儀采樣值。
模塊如下圖所示：
2. 模塊簡介
MPU-60X0將3軸陀螺儀，3軸加速度計和數字運動處理器（DMP）組合在一起。通過I2C總線可以接受外部3軸羅盤的輸入，提供9軸輸出。
MPU-60X0具有三個用於數字化陀螺儀輸出的16位ADC轉換器和三個用於數字化加速度計輸出的16位ADC轉換器。
對於快速和慢速運動的精確跟蹤，這些器件具有用戶可編程的滿量程±250，±500，±1000和±2000°/秒（dps）的用戶可編程陀螺儀和用戶可編程加速度計滿量程 范圍為±2g，±4g，±8g和±16g。
I2C通訊速率400KHz，SPI通訊速率1MHz（僅MPU-6000）。高速通訊SPI通訊速率20MHz（僅MPU-6000）。
MPU-60X0電源電壓范圍：2.375V ~ 3.46V
MPU-6000和MPU-6050相同，只是MPU-6050僅支持I2C接口，並具有單獨的VLOGIC參考引腳。MPU-6000支持I2C和SPI接口，並具有單電源引腳VDD。
MPU-60X0具有16位ADC和信號調理的三軸MEMS陀螺儀
MPU-60X0由三個獨立的振動MEMS速率陀螺儀組成，可檢測繞X軸，Y軸和Z軸的旋轉。 當陀螺儀圍繞任何感應軸旋轉時，科里奧利效應會引起由電容感應檢測到的振動。 所得到的信號被放大，解調和濾波以產生與角速率成比例的電壓。 使用單獨的片內16位模數轉換器（ADC）對該電壓進行數字化，以對每個軸進行采樣。 陀螺儀傳感器的滿量程范圍可以數字編程為±250，±500，±1000或±2000度/秒（dps）。 ADC采樣速率可以從每秒8,000個采樣點編程到每秒3.9個采樣點，用戶可選的低通濾波器可實現寬范圍的截止頻率。
MPU-60X0的坐標軸關系如下圖所示：
3. I2C通信協議
參考I2C通信協議
4. MPU6050寄存器讀寫
I2C通訊中，主處理器芯片作為主設備，MPU6050作為從設備。
4.1 從設備地址
MPU6050作為從設備使用時，有一個芯片自身的7位的設備地址，該地址為：0b110100X，7位地址的LSB位由引腳AD0的值決定，這樣在一個板子的同一個I2C總線上可以同時使用兩個MPU6050芯片，所以MPU6050的從設備地址為：0b1101000（0x68，AD0為低）或者0b1101001（0x69，AD0為高）。
4.2 寫寄存器
主設備發送一個起始位（S），再發送I2C的從設備地址數據（由從7bit設備地址和1bit讀標志位0組成），在第9個時鍾SCL為高電平時，從設備發送應答信號（ACK）。接着，主設備發送從設備的寄存器地址（RA，8bit），等待從設備應答（ACK）后，主設備再發送要在寄存器中寫入的數據（8bit），等待從設備應答（ACK）后，可以發送停止位（P）結束數據傳輸。
如果要寫多個寄存器，在上一步中可以先不發停止位（P），而是繼續發送數據（8bit），這樣就可以實現連續寫入多個寄存器數據了。MPU6050芯片會自動增加寄存器地址，並將連續寫入的數據字節，按順序依次寫入到相鄰的寄存器中。
兩種寫數據的格式如下圖所示：
4.3 讀寄存器
主設備發送一個起始位（S），再發送I2C的從設備地址數據（由從7bit設備地址和1bit寫標志位0組成），在第9個時鍾SCL為高電平時，從設備發送應答信號（ACK）。然后發送要讀取的寄存器地址，在接收到從設備發送的應答信號（ACK）后，主設備發送一個起始位（Sr），再發送從設備地址（由從7bit設備地址和1bit讀標志位1組成 ）。從設備會發送一個應答信號（ACK），再發送寄存器中的數據（8bit）。主設備發送一個非應答信號（NOACK），和一個停止位（P），停止I2C傳輸。
如果要讀取多個連續的寄存器，在上一步中不能發送非應答信號（NOACK）和停止位（P），而是要發送一個應答信號（ACK），等待下一個從設備發送的數據，直到最后一個數據接收完成后，主設備發送一個非應答信號（NOACK），和一個停止位（P），停止I2C傳輸。
兩種讀寄存器數據的格式如下圖所示：
4.4 MPU6050通訊中的簡寫符號
5. 總結
至此，I2C總線通訊協議及MPU6050寄存器的讀寫已經介紹完畢，下一步就是用程序實現I2C通訊，並通過I2C讀寫MPU6050的寄存器數據。具體內容，請參考下一節。
6. 參考資料
MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification Revision 3.4（MPU-6050_DataSheet_V3 4.pdf）
MPU-6000 and MPU-6050 Register Map and Descriptions Revision 4.2（MPU-6000-Register-Map1.pdf）