【STM32】I2C通信协议MPU6050芯片-学习笔记

有关USART串口知识理论：

【STM32】USART串口协议&串口外设-学习笔记-CSDN博客

代码部分：

【江协科技STM32】串口发送&串口发送+接收（学习笔记）-CSDN博客

【STM32】USART串口收发HEX数据包&收发文本数据包-CSDN博客

I2C通信协议

同步时序和异步时序的优缺点：

同步时序电路的优点在于工作状态受统一时钟信号控制，状态变化严格按照时钟节拍进行，工作节奏明确，便于设计和调试，其稳定性和可靠性较高，易于分析和预测电路行为。缺点是时钟信号的传播延迟会限制系统的工作频率，当电路规模较大时，时钟信号到达各触发器的时间差异（时钟偏移）可能导致时序错误。

异步时序电路的优点是不需要统一时钟信号，各部件可根据自身需求自由工作，在某些对速度要求不高但需要灵活响应外部事件的场景下，能有效降低功耗和硬件复杂度。缺点是由于没有统一时钟，状态变化不受统一节拍控制，电路分析和设计难度大，易出现竞争 - 冒险现象，导致电路工作不稳定。

I2C通信

I2C（Inter IC Bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线
两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
同步，半双工
带数据应答
支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

硬件电路

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

硬件电路：

弱上拉：好处

I2C时序基本单元

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平
终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA，交给从机控制）

当主机发送的时候，可以主动拉低SDA，而主机在被动接收的时候，就必须释放（拉高）SDA.

不释放SDA，SDA始终是低电平，从机就发送不了数据。

I2C时序

相同芯片挂在同一总线上，就需要用到地址的可变部分了：解释

一般器件地址的最后几位，是可以在电路中改变的。

指定地址写

对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）

数据帧目的：

当前地址读

对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）（由于当前地址读并没有指定读的地址，所以这个时序用的不是很多）

当前地址指针指示的地址的意思：当前地址指针

指定地址读

对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）

是指定地址写和当前地址读的结合，简称复合格式

MPU6050芯片简介

MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景
3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度
3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度

加速度计具有静态稳定性，不具有动态稳定性。陀螺仪具有动态稳定性，不具有静态稳定性。两种传感器特性刚好互补，取长补短，进行互补滤波，就能融合得到静态和动态都稳定的姿态角了

加速度计模型图：辅助理解

陀螺仪模型图：辅助理解

欧拉角：

欧拉角是用来确定定点转动刚体位置的一组参数。它通过三个彼此独立的角参量，按照一定顺序旋转来描述刚体在三维空间中的方位。常见的欧拉角有“偏航角 - 俯仰角 - 滚转角”组合，偏航角是刚体绕铅垂轴（通常为z轴）旋转的角度；俯仰角是刚体绕垂直于偏航轴的水平轴（通常为y轴）旋转的角度；滚转角是刚体绕垂直于前两个轴的轴（通常为x轴）旋转的角度。欧拉角在航空航天、机器人运动控制、计算机图形学等领域有广泛应用，方便描述物体的姿态变化。

MPU6050参数

16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767
加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）,满量程选的越小，测量就会越细腻。
陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec），满量程选的越大，测量范围就越广，满量程选的越小，测量分辨率就越高。
可配置的数字低通滤波器，数据抖动严重可以加低通滤波
可配置的时钟源
可配置的采样分频，控制分频系数就可以控制AD转换的快慢
I2C从机地址：1101000（AD0=0）十六进制就是0x68 1101001（AD0=1）十六进制就是0xD0， AD0就是板子引出来的一个引脚，可以调节I2C从机地址的最低位