【开源】SPI读取MPU9250 9轴加速度，陀螺仪，磁力计

小白来学习 · 发表于 2016-7-28 17:42:31

本帖最后由小白来学习于 2016-7-28 17:45 编辑

众所众知，SPI的读写速度非常诱人，对于MPU9250而言，除了加速度、陀螺仪外，新增了磁力计模块，但是磁力计模块只支持I2C的读写，

为了能够利用起SPI的优势，此时MPU 内部的i2c Master功能为此提供了方便

楼主不才，花了一些功夫，仔细研读了MPU9250 datasheet 整理出SPI读取MPU9250全套工程源码，亲测可用。
楼主觉得有需要注意之处，都配有详细注释（若有不对之处请多多包涵）

希望能提供给大家一些参考价值（工程已打包附件，内附MPU datasheet资料及i2c源码）

MPU9250.rar (9.73 MB, 下载次数: 190430)

小白来学习 · 发表于 2016-8-30 13:18:49

本帖最后由小白来学习于 2016-8-30 13:21 编辑

hjw 发表于 2016-8-30 10:55
我现在读出原始数据了，但是想9轴数据融合，使偏航角不飘，但是融合这方面处理问题，单位也不知道怎么换 ...

先说单位换算问题：
1.陀螺仪原始数据的换算：
举例说明：假设你现在配置的是±2000dps（单位dps意思为degree per second，度每秒），16位ADC采样。则陀螺仪量程为4000dps（±2000dps），原始数据最大值为2^16，则最小分辨率为2^16/4000=16.384,意思就是原始数据每增加16.384,真正陀螺仪数据增加1dps。（鉴于嵌入式对浮点数运算的效率我们取16.4）所以陀螺仪真值=原始数据/16.4

以上数据单位为度，还需转化为弧度制，然后在参与姿态解算。
2.加速度计算同上，只不过量程不同而已（因为加速度量程太小缘故，程序如果使用float类型来进行姿态融合，很有可能出现数据溢出等错误，可以把分辨率缩小100倍计算）

3磁力计 }2WX{WT(HCHFM~5CJ%$W220.png

从他的datasheet可以看出量程为-32760~32760（65520而非65536），同时也标有分辨率为0.15 uT，则真实数据=原始数据*0.15

/------------------------分割线---------------------------------/
理论基础：
思路：陀螺仪是主角，加速度，磁力计只是起到辅助作用（理论上只需要陀螺仪即可，如果它没有温飘、积分累计误差的话，后面的数据融合部分都可以省掉，可惜。。）对陀螺仪的测量起到修正作用。

姿态解算流程为：获取九轴数据->对数据先进行滤波，去噪，得到比较准确的数据（常见有均值滤波，加权均值滤波、滑动滤波、中值滤波等等）->姿态解算(常用四元数，方向余弦（实时性较差，计算参量多，计算量大，楼主原本用的就是这个，后来改为四元数了）、欧拉角（存在死锁问题）)->数据融合，利用加表和磁力计补偿（常用互补滤波，高级点卡尔曼滤波等）

互补滤波算法请参考：

基于互补滤波器的四旋翼飞行器姿态解算 (1).pdf (531.02 KB, 下载次数: 2986)

小白来学习 · 发表于 2016-9-4 14:46:21

hjw 发表于 2016-9-3 22:10
楼主，我现在独处原始数据了，用AHRS算法融合9轴数据，虽然偏航角飘的不厉害了，但是我发现测出的偏航角量 ...

1;不要用原始数据参与融合。2;单位换算问题我觉得解释到这种地步，真的没啥可说的的了。发的工程里也有datasheet，很清晰很清晰的解释了传感器的各种问题，耐心看。

3;四元数可以做到全姿态解算，yaw角出现问题，先考虑传入数据的正确性，在考虑算法中参数的影响。
4:姿态解算代码网上的都大同小异，没有什么太大的出入，我用的也是AHRS的算法，大家用的都是同一种算法，没有必要问我要代码，不要做伸手党。学会自己思考。上面推荐文档已经很详细的讲解了算法原理等，就差没有手把手的教你了，还请认真阅读。
看资料，自己摸索，不会就百度，不懂就多看几遍，技术这东西只有自己去理解，楼主也是这么从无到有过来的。别人的终归是别人的。

小白来学习 · 发表于 2016-8-29 16:17:48

hjw 发表于 2016-8-23 14:12
你好，你确定你发的这个是可以读取磁力计的数据吗？我试了一下，不行呀。陀螺仪和加速度都有数据出来，但是 ...

恩，这是我亲测的，现在正常使用中。请这位朋友描述的准确一点，最好贴出你的配置代码。我看看

小白来学习 · 发表于 2016-10-14 21:04:24

本帖最后由小白来学习于 2016-10-14 21:10 编辑

踏雪sunnyboy 发表于 2016-10-14 08:46
谢谢楼主！程序的确可用很强大！
有个问题想要请教，就是spi读取磁力计的延时问题。看程序中是5000次循环 ...

你的这个问题我之前也碰到过，说说我的理解：spi读取磁力计中间经过了两个过程，spi ->master register ->iic->AK8963 ->iic->master->spi,spi驱动iic去读取磁力计，相比直接用iic读取要麻烦得多，还有在磁力计读取函数里的一些灵敏度的矫正，判读数据是否正确等你可以删掉，这些函数也是需要去读取ak8963的，删掉的话影响不大，可以提高读取速度。同时我们我们回过头来看看磁力计的手册，既使是设置磁力计连续测量频率最大也就是100hz（我记得是）。磁力计10ms采集一次，也就是说磁力计的采样不能像加表，陀螺仪一样频繁采样。10ms,20ms采一次足以。这个延时5000实际上是为了等待芯片采样完成而为。实际应用中，你可以在等待芯片内部采样过程中去完成其他任务，用定时器固定10ms去读数就可以，spi的优势确实是读数快，但只是读数快。可是在内部芯片限定了采样频率的情况下，读数再快也是没办法的。

trzhongty · 发表于 2017-5-18 13:14:31

我有个想法，MPU9250 这个实际上是MPU6500 + 三轴磁力计，前者支持SPI通讯，而后者不支持。后者挂载在 MPU9250的扩展I2C上，我猜想是否可以，使用SPI与MPU6500通讯，高速读取，并且同时关闭 MPU9250的扩展I2C主控制器，关闭旁路模式，然后将STM32的I2C接到 MPU9250的扩展I2C接口上，通过I2C来单独设置磁力计或者读取磁力计。这样就实现了SPI,I2C双通道读取MPU9250的数据。是不是很有意思。具体还得试试。

hjw · 发表于 2016-9-3 22:10:04

楼主，我现在独处原始数据了，用AHRS算法融合9轴数据，虽然偏航角飘的不厉害了，但是我发现测出的偏航角量程只有80度，一旦超过了，就重新回到原来的数据了。楼主有出现这样的问题吗？可以把你怎么融合的程序跟我交流交流吗？

memorizal · 发表于 2016-7-28 19:10:31

好帖，顶。

zuozhongkai · 发表于 2016-7-29 12:24:39

不错，多谢分享，想用SPI读取MPU9250的人还是不少的

原子哥 · 发表于 2016-7-29 12:48:43

谢谢分享

小白来学习 · 发表于 2016-7-29 17:11:39

第一次被加酷了！！！受宠若惊

aa龙000 · 发表于 2016-8-1 22:07:05

顶，66666

zhangdameng · 发表于 2016-8-1 23:11:49

顶楼主好人

hjw · 发表于 2016-8-23 14:12:49

你好，你确定你发的这个是可以读取磁力计的数据吗？我试了一下，不行呀。陀螺仪和加速度都有数据出来，但是磁力计的什么数据都没有，都是0.

hjw · 发表于 2016-8-23 14:14:30

求大家帮忙呀

hjw · 发表于 2016-8-30 10:55:34

小白来学习发表于 2016-8-29 16:17
恩，这是我亲测的，现在正常使用中。请这位朋友描述的准确一点，最好贴出你的配置代码。我看看

我现在读出原始数据了，但是想9轴数据融合，使偏航角不飘，但是融合这方面处理问题，单位也不知道怎么换算？您能把你融合的程序或思路说一下吗?

hjw · 发表于 2016-8-31 10:43:43

小白来学习发表于 2016-8-30 13:18
先说单位换算问题：
1.陀螺仪原始数据的换算：
举例说明：假设你现在配置的是±2000dps（单位dps意思为 ...

楼主强大，非常感谢

FantasyJXF · 发表于 2016-9-1 17:43:36

多谢楼主，我用你的方法实现了加速度计与陀螺仪的数据读取，看你的芯片连接电路图还是使用了I2C连接的，我这边磁力计是没有数据的，待我再细细研究一下。
之前没有配置好SPI一度连WHO_AM_I都读错，废了一番功夫。多谢

小白来学习 · 发表于 2016-9-2 09:57:22

FantasyJXF 发表于 2016-9-1 17:43
多谢楼主，我用你的方法实现了加速度计与陀螺仪的数据读取，看你的芯片连接电路图还是使用了I2C连接的，我 ...

电路图同时引出了i2c和spi，方便选择。调试磁力计，先调通它的who am i ，在调数据读取。祝你你早日成功。

xtong533 · 发表于 2016-9-2 16:36:23

高手，支持了

hjw · 发表于 2016-9-3 14:43:10

小白来学习发表于 2016-8-30 13:18
先说单位换算问题：
1.陀螺仪原始数据的换算：
举例说明：假设你现在配置的是±2000dps（单位dps意思为 ...

你能告诉我你得到原始数据时陀螺仪和加速度计，磁力计的寄存器是怎么配置吗？有程序更好。感激不尽

hjw · 发表于 2016-9-3 15:12:06

小白来学习发表于 2016-8-30 13:18
先说单位换算问题：
1.陀螺仪原始数据的换算：
举例说明：假设你现在配置的是±2000dps（单位dps意思为 ...

我还是不懂单位换算，你能贴出程序让我看看吗？

小白来学习 · 发表于 2016-9-4 14:12:13

hjw 发表于 2016-9-3 14:43
你能告诉我你得到原始数据时陀螺仪和加速度计，磁力计的寄存器是怎么配置吗？有程序更好。感激不尽

配置信息全在datasheet里，请先阅读，datasheet比任何代码都要详细。

yy-Diego · 发表于 2016-9-5 16:01:06

楼主用过SPI调配置dmp吗怎么搞

旦丁中号 · 发表于 2016-9-5 17:10:13

mark一下，后面试一下~

yaphetran · 发表于 2016-9-9 17:47:42

mark 一下，马上就用到

kurohard · 发表于 2016-9-14 17:11:15

楼主您好，我又问题想要请教您，我仔细看了您的代码，并没有发现操作AK8963的语句，才疏学浅，能否指教下如何配置9250的寄存器，来操作AK8963的寄存器？

小白来学习 · 发表于 2016-9-15 00:42:29

kurohard 发表于 2016-9-14 17:11
楼主您好，我又问题想要请教您，我仔细看了您的代码，并没有发现操作AK8963的语句，才疏学浅，能否指教下如 ...

这一段就是在初始化MPU的master模式，将slove的寄存器与master进行映射，通过操作master的寄存器的达到操作slave的效果。具体配置，照着初始化的代码，在数据手册里找相应寄存器的说明。

星空仰望 · 发表于 2016-9-17 14:51:05

小白来学习发表于 2016-8-30 13:18
先说单位换算问题：
1.陀螺仪原始数据的换算：
举例说明：假设你现在配置的是±2000dps（单位dps意思为 ...

楼主，你好，非常感谢你的帖子。
不过，我还有一点疑问？陀螺仪的分辨率是16.4，则真实值=原始数据/16.4；
而磁力计中分辨率是0.15，则真实值=原始数据*0.15；
这两个分辨率不是一个意思吗？为什么真实值一个是乘，一个是除啊？

yuzeyuan1 · 发表于 2016-9-18 18:11:59

星空仰望发表于 2016-9-17 14:51
楼主，你好，非常感谢你的帖子。
不过，我还有一点疑问？陀螺仪的分辨率是16.4，则真实值=原始数据/16.4 ...

两个分辨率（手册里称为灵敏度）说的都没问题，你仔细看16.4和0.15的单位是不一样的。
16.4的单位是LSB/（度/s），意思是“每（度/s）占16.4个最低有效位”。
0.15的单位是uT/LSB，意思是“每个最低有效位可表示0.15uT”。
您仔细看一下分子和分母，所以一个是乘一个是除。

yuzeyuan1 · 发表于 2016-9-18 18:13:01

星空仰望发表于 2016-9-17 14:51
楼主，你好，非常感谢你的帖子。
不过，我还有一点疑问？陀螺仪的分辨率是16.4，则真实值=原始数据/16.4 ...

所谓的“最低有效位”就是原始数据的1

zhaochuanyuAVR · 发表于 2016-9-22 14:35:11

楼主：您好！正好继续MPU9250 的资料参考！感谢楼主的无私分享！我有两个问题请您帮助解答！1. 您资料中“STM32串口输出MPU-9250测试过”这个文件中的程序就是您说的经过测试好用的是吗？2. 您能分享一下您的原理图吗？

星空仰望 · 发表于 2016-9-25 20:02:10

yuzeyuan1 发表于 2016-9-18 18:11
两个分辨率（手册里称为灵敏度）说的都没问题，你仔细看16.4和0.15的单位是不一样的。
16.4的单位是LSB/ ...

嗯，这样啊！懂了，谢谢！

不会啊不会 · 发表于 2016-9-26 12:31:58

楼主很厉害，马一下慢慢看

小白来学习 · 发表于 2016-9-26 13:10:33

zhaochuanyuAVR 发表于 2016-9-22 14:35
楼主：您好！正好继续MPU9250 的资料参考！感谢楼主的无私分享！我有两个问题请您帮助解答！1. 您资料中“ ...

1，不是那个，那个是别人应用iic的测试代码。有一个独立的工程在文件外。
2，打包文件里包含了MPU9250 的原理图，你仔细找找。

zuoyi · 发表于 2016-9-26 16:44:43

不错又多了一种玩法！

空心杯 · 发表于 2016-9-29 21:21:21

很不错哦，程序精简有力

jim_ · 发表于 2016-10-11 11:46:47

楼主厉害谢谢分享！好好学习一下

踏雪sunnyboy · 发表于 2016-10-14 08:46:52

本帖最后由踏雪sunnyboy 于 2016-10-14 09:05 编辑

谢谢楼主！程序的确可用很强大！
有个问题想要请教，就是spi读取磁力计的延时问题。看程序中是5000次循环等待内部I2C转发完成，发送一个字节竟然耗时2ms多，减小循环次数为3000出错，磁力计数据传回来的为0。而我用模拟I2C读取磁力计6个字节才用时2ms, 那这样的话spi读取就没有太大优势了，是设置问题？[mw_shl_code=applescript,true]/***************************************************************/
// MPU9250读取磁力计
//I2C_SLVx_ADDR: MPU9250_AK8963_ADDR
//I2C_SLVx_REG: reg
//return value: EXT_SENS_DATA_00 register value
/***************************************************************/
static u8 i2c_Mag_read(u8 reg)
{
u16 j=5000;
MPU9250_Write_Reg(I2C_SLV0_ADDR ,MPU9250_AK8963_ADDR|0x80); //磁力计地址，读操作
MPU9250_Write_Reg(I2C_SLV0_REG ,reg);// set reg addr
MPU9250_Write_Reg(I2C_SLV0_DO ,0xff);//read
while(j--);//等待内部I2C转发完成
return MPU9250_Read_Reg(EXT_SENS_DATA_00);
}[/mw_shl_code]

王轩 · 发表于 2016-10-15 09:19:38

小白来学习发表于 2016-10-14 21:04
你的这个问题我之前也碰到过，说说我的理解：spi读取磁力计中间经过了两个过程，spi ->master register - ...

在内部芯片限定了采样频率的情况下，读数再快也是没办法的。
非常的赞同这句话

踏雪sunnyboy · 发表于 2016-10-15 20:15:48

本帖最后由踏雪sunnyboy 于 2016-10-15 20:24 编辑

小白来学习发表于 2016-10-14 21:04
你的这个问题我之前也碰到过，说说我的理解：spi读取磁力计中间经过了两个过程，spi ->master register - ...

感谢回复！最后我设置了加速度陀螺仪200hz，磁力计60几hz读取，就是说检测磁力计数据没准备好的话，就直接跳过不更新（磁力计循环采样是100hz） // i2c_Mag_write(AK8963_CNTL1_REG,0x01);
      flag1 = i2c_Mag_read(AK8963_ST1_REG);
      flag2 = i2c_Mag_read(AK8963_ST2_REG);
      if(!(flag1 & AK8963_STATUS_DRDY) || (flag1 & AK8963_STATUS_DOR) || (flag2 & AK8963_STATUS_HOFL))
   return;

sky三叶草 · 发表于 2016-10-29 09:32:01

以后有机会学习。

我乐意 · 发表于 2016-10-29 10:30:56

谢楼主分享！

木子山风 · 发表于 2016-10-29 12:13:10

谢谢楼主

ahzhanghuaiyu · 发表于 2016-12-7 22:36:40

楼主的程序里好像有个Bug，“ if((i2c_Mag_read(AK8963_ST2_REG)&AK8963_ST2_HOFL)==1) ”，其中 AK8963_ST2_HOFL=0x80,那么无论I2C读出什么样的数，都不会跳进判断里的吧？

LuXing · 发表于 2016-12-7 23:14:11

mark一下

尼斯达 · 发表于 2016-12-8 00:15:54

MARK~！谢谢楼主~~

0星空斗罗0 · 发表于 2016-12-12 17:09:22

感谢楼主，解释的很到位！

laoyu · 发表于 2016-12-16 14:45:17

非常感谢！！正好遇上需要用到。

aimjoe · 发表于 2016-12-18 22:48:46

楼主你好，我看到mpu9250的数据手册中说mpu9250有两种通讯方式I2C与SPI，但是我有一个疑问。在芯片的引脚定义中没有定义哪个引脚用于区分什么时候使用I2C通讯，因为我看到一般同时支持I2C与SPI通讯的芯片，一般会有一个引脚用于区分某一时刻芯片使用哪种协议进行通讯，比如当为为高电平时使用I2C，当为低电平时使用SPI。但是MPU9250没有这个引脚，那么什么时候使用SPI通讯，什么时候使用I2C如何进行区分。那么怎么才能确保不发生混乱，及在使用I2C时确保芯片不同时使用SPI，或者在使用SPI时芯片不同时使用I2C。谢谢

Jokerwang · 发表于 2016-12-20 00:22:21

aimjoe 发表于 2016-12-18 22:48
楼主你好，我看到mpu9250的数据手册中说mpu9250有两种通讯方式I2C与SPI，但是我有一个疑问。在芯片的引脚定 ...

仔细看看PDF，上面写得很详细的

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