MPU-6050 六轴传感器数据手册（中文）

MPU-6050 六轴传感器数据手册（中文）T。pvewTop View88昌翼24123122212019CLKIN18 GNDCLKIN 118 GNDNc 217|NcNC 2Nc6NCNc 316NCMPU-6000MPU-6050Nc16 NCNc514NCAUX DA613VDDAUX_DA613VDDmoQB5B召azQFN PackageQFN Package24-pin, 4mm x 4mm xo9mm24-pin, 4mm x 4mm x 0.9mm+2+7.2典型应用GNDCr 10n2巴2222l2巴2凹2CLKINMPU600回而MPU-6050 sAX CLAUX CLGNDClVLOGIC△NDGNDTypical Operating Circuits73所用电容规格器件标签规格数量校准滤波电容(Pm10)C1陶瓷,Ⅹ7R,0.1uF±10%,2VVDD旁路电容(Pin13)C2陶瓷,Ⅹ7R,0.1uF±10%,4∨电荷泵电容(Pin20)C3陶瓷,Ⅹ7R,10UF±10%,50VLOGC旁路电容(Pin8)C4陶瓷,X7R,10uF±10%,4V7.4上电过程建议Power-Up Sequencing1. TVDDR is VDD rise time: Time for vdd to risefrom 10% to 90% of its final valueVDDR2. TVDDR is $100msec3. tvr is VLOGIC rise time: Time forVLOGIC to rise from 10% to 90% of its finalVDDvaltlVR4. TVGR is S3msec90%5. TvG-VDD is the delay from the start of VDDramp to the start of VLOGIC riseVLOGIC10%6. TVLGVDD is 20: VLOGIC amplitude mustalways be sVDD amplitude7. VDD and VLOGIC must be monotonicramps1.VLOG|C振幅必须sVDD振幅2.VDD上升时间(TvDR)为实际值的10%到90%之间3.VDD上升时间(TvDR)≤100ms4.ⅥLOGC上升时间( TVLGR)为实际值的10%到90%之间5. VLOGIO上爪时间(TvcR)≤3ms6. TVG-VDD为从VDD上升沿到LOG|C上升沿的时间7.VDD和ⅥLOGC必须是单调边沿7.5系统结构图CLKINCLKOUT<2CLOCCKClockMPU-60X0X AccelADCInterrupt○|NTStatusRegisterdcsY AccelADCslave lac andADO/ sDOFOFIFSPI SerialInterfaceSCL/ SCLKsDA/D身Z AccelADCConfigMaster 2C○ AUX CLSerialInterfaceX GADCInterfaceBypassMUXOAUX_DAOFSYNCADCFactoryCalibrationDigital MotionProcessorADCDMP)Temp SensorADCChargBing& LDOPumpCPOUTVDD GND REGOUT LOGICnames in round brackets( apply only to MPu6000Pin names in square brackets apply only to MPU-60507.6结构描述7.7三轴陀螺仪简介78三轴加速度计简介7.9数宇运动处理器(DMP)DMP从陀螺仪、加速度计以及外接的传感器接收并处理数据,处理结果可以从DMP寄存器读出,或通过FFO缓冲。DMP有权使用MPU的个外部引脚产生中断。7.10主要|12C和SP|接口MPU-60X0使用|2C或者SP接口和芯片连接,并且总是作为从设备。连接主设备的逻辑电平用ⅥLOGC引脚(MPU-6050)或VDD引脚却(MPU-6000)设置。|2C的Save地址的最低有效位(LSB)用Pin9(AD0)设置711辅助12C接L可用来外接磁力计或其他传感器。有两种工作模式:l2 C Master Mode,此时MPU-60X0作为主设备与外接传感器通信;Pass- Through Mode,此时仅用作连接,允许MPU和外接传感器同时和芯片通信。7.12自检自检可用来测试传感器的机械和电气结构。对每个测量轴的自检可通过设置控制寄存器GYRO CONFIO和 ACCEL CONFIG的相关位来进行。自检启动后,电路会使传感尜工作并且产生输出信号7.13使用12C接∏的9轴传感器方案下图中,系统芯片( System Processo)作为MPU的主设备,而MPU又作为外接罗盘传感器的主设备。然而MPU作为1C主设备的能力很有限,需要系统芯片的支持。FC Processor Bus; for reading allInterruptINTseneor data from MPU and forRegisterconfiguring external sensors(1. epass in thissVDDMPU-60XOADOSDOVDD or GNDor24人5DADSDA ProcessorFIFOSensor Fc Bus: forConfigfrom extemal sensorsRegisterCenacAUX CLSensoMaster tceasterSerialInterfaceAUX DASDA CompassCalibrationDigitalotionInterface by pass mux allowsdirect configuration ofcompass by system processorBias &LDoVDDGND REGOUT7.14使用SP|接口MPU-6000下图中,系统芯片作为上设备通过SP接口和MPU6000连接。由于SP接口和|2C接∏是公用的,所以系统芯片不能直接和辅助2C总线通信,因为辅助2C总线是直接和主|2C总线相连的Processor sPI Bus: for reading alldata from MPU and for configuringMPU and erternal sensorsInterruptstatusRegistersMPU-6000ADOSDOSlave rcSystemor sPl23 sCLSCLKInterface24 SDAASDISDOFIFOSensor FC Bus: forconfiguring andConfigreading data fromRegisterexternal sensorsSensAUX CLSCLSensorMaster cRegisterSerialCInterfaceSDACalibrationDigitalMotionProcessor(DMP)IC Master performsroad and writetransactions oSeneor IC busBias &LDOVDD GND REGOUT8.可编程中断MPU-60X0有一个可编程的中断系统,可在T脚上产生中断信号。状态标忐可以表明中断的来源。下图是一些中断源的列表Interrupt NameModuleFree Fall DetectionFree fallMotion detectionMotionZero motion detectionZero motionFIFO OverflowFIFOPLL ReadyPLLDMP InterrupDMPData ReadySensor Registers12C Master errors: Lost Arbitration, NACKs Ic Master?c Slave 412C Master81自由落体中断( Free Fall Interrupt)通过检测3个轴上的加速度测量值是否在规定的阈值内来判断自由落体运动。对每次的釆样值,如果没达到阈值将会被忽咯。旦达到阈值,即触发自由落休中断,并产生标志位。直到计数器降到0,标志才会被清楚。计数器的取值范围在0和规定的阈值之间可用FF_THR寄存器设置阈值,精确到1mg。用 FE DUR寄存器设置持续时间,精确到1ms。使用 MOT DETECT CTRL寄存器,可以设施是否用一个无效的采样值使计数器清零,或者以1、2或4的量衰减。下图给出了一条轴上的加速度测量值,采样计数器以及自由落体标志位。aFF THRcounter+FF DURg82运动中断( Motion Interrupt)和自由落体中断类似。为了排除重力所产生的误差,加速度计的测量值都要通过个可配冒的数字髙通滤波器(DHPF)。通过高通滤波器后的值如果大于事先规定的阈值,则被认为是有效的。对每个有效的采样值,计数器加1,而对无效值则计数器减1。一旦计数器值达到用户改定的计数阈值,则触发运动中断。产生运动中断的坐标轴及其方向可以在寄存器M○ T DETECT STATUS中读出。类似于自由落体中断,运动中断也有一个可设置的加速阈值寄存器 MOT THR,精确到1mg,以及一个计数阙值寄存器MOT_DUR,精确到1ms。同样也有一个寄存器来设置耍贱率, MOT DETECT CTRL83静止中断( Zero Motion Interrupt静止中断也采用数字高通滤波器(DHPF)以及冋样的阈值、讣数机制。每根轴上的测量值通过DHFT后必须小于事先规定的阈值,可在 ZRMOT THR寄存器设置。这会使计数器值加1,当达到在 ZRMOT_DUR中设置的计数器阙值时,则产生静止中断。和自山落体中淅及运动中断不同的是,当第一次检测到静止以及不再检测到时,静止中断都会被触发。另外,自由洛体中断和运动中断的标志位在读取后就会被清零,而从奇存器MOT DETECT STATUS读取静止标志位后不会清岺。9时钟91内部时钟机制MPU-60X0有着灵活的时钟机制,对于内部的同步电路可使用内部或外部的时钟源。内部同步电路包括信号调整、ADC、DMP及各样的控制电路和寄存器,其时钟可由一个片上的PL产生。允许的内部时钟源:①内部的弛豫振涝器②陀螺仪的仟何一个轴(含有工作温度下±1%漂移的MEMS振荡器允许的外部时钟源:①32768kHz方波②19.2MHz方波吋钟源的选择要考虑外部吋钟是香有效,功率损耗,时钟精桷性等因素。例如,如果功率损耗是主要考虑因素,当用DMP处理加速度计数据时,使陀螺仪关闭,这时最好选择内部振荡器作时钟;而陀螺仪工作的时候,使用其自帶时钟可以保证更妤的时钟精确性。当MPU-60×0初次启动时,要先使用其内部时钟,直到系统设置准备好使用其他时钟源,所以比方说要使用MEMs振荡器,就必须等到它可以稳定工作。92传感器数据奇仔器传感器数据寄存器包含了最新的陀螺仪、加速度计、外接传感器以及温度数据,是只读的,通过串口连接。数据可以随时读取,并可用中断函数来设置何时新的数据是可用的9. 3 FIFOMPU60X0包含一个1024字节的FFO寄存器。F|FO配置寄存器可以决定什么让什么数据进入,可选陀螺仪、加速度计、温度、外部传感器,以及 FSYNC输入。一个FFO计数器可以跟踪存入FF○的字节数。94中断由中断配置寄存器设置。可配置的项目包括ⅣT引脚设置,中断关闭和清除方法,以及中断触发。可以触发中断的事件有:(1)切换时钟源:(2)DMP完成:(3)有新的数据可供读取(从FFO和数据寄存器);(4)加速度计中断;(5)MPU-60X0未收到外接传感器的回应(辅助12C总线)。中断状态可以从中断状态寄存器读出95数字输出温庋传感器片上的温度传感器通过个ADC来产生数字温度测量信号,其值可从FFO或者传感器数据寄存器读出。96偏压和LDO(低压差线性稳压器)偏压和LDO部分提供了MPU-60×0需要的内部支持以及参考电压和参考电流。它的两个输入为VDD(2.1V~3.6V)和ⅥOGC逻辑参考电压(1.71∨~VDD),其中ⅥLOG|C仅在MPU-6050上可用。LDO输出在 REGOUT引脚,连接了一个旁路电容。9.7电荷泵板上的电荷泵提供了MEMS振荡器需要的高电压,输出在 CPOUT引脚,连接了一个旁路屯容10数字接口10.1描述内部寄存器可通过400kHz的12C接口或1MHz的SP接口来操作。10.2|2C接口二线接∏,包括串行数据线(SDA)和串行吋钟线(SCL)。连接到12C接∏的设备可做主改备或从设备。主设备将Save地址传到总线上,从改备用与其匹配的地址来识别主设当连接到系统芯片时,MPU-60X0总是作为从设备。SDA和SCL信号线通常需要接上拉电阻到VDD。最大总线速率为400kHz。MPU-60X0的Save地址为b110100X,7位字长,最低有效位Ⅹ由AD0管脚上的逻辑电平决定。这样就可以允许两个MPU-60×0连接到同一条12C总线,此时,一个设备的地址为b1101000(AD0为逻辑低电平),另一个为b1101001(AD0为逻辑高)10.3|2C通讯协议开始(S)和结束(P)标志当SCL线为髙电平时,SDA线由髙到低的下降沿,为传输开始标志(S)。直到主设备发出结束信号(P),否则总线状态一直为忙。结束标志(P)规定为,当SCL线为高电平时,SDA线由低到高的上升沿。SDAsSTART conditionSTOP ConditionSTART and stoP Conditions数据格式应答12C的数据字节定义为8-bits长度,对每次传送的总字节数量没有限制。对每一次传输必须伴有个应答(ACK)信号,其付钟由主设备提供,而貞止的应答信号由从设备发出,在时钟为高时,通过拉低并保持SDA的值来实现。如果从设备忙,它可以使SCL保持在低电平,这会强制使主设备进入等待状态。当从设备空闲后,并且释放时钟线,原来的数据传输才会继续。DATA OUTPUT BYTRANSMITTER (SDA)not acknowledgeDATA OUTPUT BYRECEIVER (SDA>acknowledgSCL FROMMASTER8clock pulse forSTARTacknowledgementconditionAcknowledge on the ic bus通信开始标志(S)发出后,主设备会传送一个7位的Save地址,并且后面跟着一个第8位,称为Read/ Write位。R^W位表小主改备是在接受从改备的数据还是在向其写数据。然后,主设备释放SDA线,等待从设各的应答信号(ACK)。每个字节的传输都要跟随有一个应答位。应答产生时,从设备将SDA线拉低并且在SCL为晑电平时保持低。数据传输总是以停止标志(P)结束,然后释放通信线路。然而,主设备也可以产生重复的开始信号去操作另一台从设备,而不发出结束标志。综上可知,所有的SDA信号变化都要在SCL时钟为低电平时进行,除了廾始和结束标志。SDA91-7891-7START ADDRESS RN ACKDATAACKDATAACK STOPconditionComplete IC Data Transfer如果要写MPU-60X0寄存器,主设备除了发出开始标志(S)和地址位,还要加一个R∧W位,0为写,1为读。在第9个时钟周期(高电平时),MPU-60X0产生应答信号。然后主设备开始传送奇行器地址(RA),接到应答后,开始传送寄存器数据,然后仍然要有应答信号,依次类推。单字节写入时序Master S AD+WRADATASlaveACKACKACK连续写入时序