MPU6050用51单片机角度融合怎么计算?

ID:954170 · 发表于 2021-10-19 17:08

我把mpu6050的计算程序移植到51单片机上面，程序没有报错，却计算不出角度，烦请指导一下，或给出正确的计算函数程序如下：

#include <REG52.H>
#include <math.h> //Keil library
#include <stdio.h> //Keil library
#include <INTRINS.H>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned short ushort;
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned char u8;
//--声明一些需要使用的变量--//
uchar MPU6050_DATA[14];
int Gyro_x,Gyro_y,Gyro_z;
int Gyro_angle_x=0,Gyro_angle_y=0,Gyro_angle_z=0;
int Acc_x,Acc_y,Acc_z;
int Temp;
int xdata g_x=0,g_y=0,g_z=0; //陀螺仪矫正参数
float xdata a_x=0,a_y=0; //角度矫正参数
float data AngleX=0,AngleY=0; //四元数解算出的欧拉角
float xdata Angle_gx=0,Angle_gy=0,Angle_gz=0; //由角速度计算的角速率(角度制)
float xdata Angle_ax=0,Angle_ay=0,Angle_az=0; //由加速度计算的加速度(弧度制)
//****************************************
// 定义51单片机端口
//****************************************
#define DataPort P0 //LCD1602数据端口
sbit SCL=P1^1; //IIC时钟引脚定义
sbit SDA=P1^0; //IIC数据引脚定义
sbit LCM_RS=P3^5; //LCD1602命令端口
sbit LCM_RW=P3^6; //LCD1602命令端口
sbit LCM_EN=P3^4; //LCD1602命令端口
//****************************************
// 定义MPU6050内部地址
//****************************************
#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺仪采样率，典型值：0x07(125Hz)
#define CONFIG 0x1A //低通滤波频率，典型值：0x06(5Hz)
#define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺仪自检及测量范围，典型值：0x18(不自检，2000deg/s)
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速计自检、测量范围及高通滤波频率，典型值：0x01(不自检，2G，5Hz)
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48
#define PWR_MGMT_1 0x6B //电源管理，典型值：0x00(正常启用)
#define WHO_AM_I 0x75 //IIC地址寄存器(默认数值0x68，只读)
#define SlaveAddress 0xD0 //IIC写入时的地址字节数据，+1为读取
//****************************************
//定义类型及变量
//****************************************
uchar dis[4]; //显示数字(-511至512)的字符数组
int dis_data; //变量
//int Temperature,Temp_h,Temp_l; //温度及高低位数据
//****************************************
//函数声明
//****************************************
void delay(unsigned int k); //延时
//LCD相关函数
void InitLcd(); //初始化lcd1602
void lcd_printf(uchar *s,int temp_data);
void WriteDataLCM(uchar dataW); //LCD数据
void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc); //LCD指令
void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData); //显示一个字符
void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar *DData,L); //显示字符串
//MPU6050操作函数
void InitMPU6050(); //初始化MPU6050
void Delay5us();
void I2C_Start();
void I2C_Stop();
void I2C_SendACK(bit ack);
bit I2C_RecvACK();
void I2C_SendByte(uchar dat);
uchar I2C_RecvByte();
void I2C_ReadPage();
void I2C_WritePage();
void display_ACCEL_x();
void display_ACCEL_y();
void display_ACCEL_z();
uchar Single_ReadI2C(uchar REG_Address); //读取I2C数据
void Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data);//向I2C写入数据
void Delay2us(void)
{
u8 i;
i = 11; // @24MHZ, 6 + 33 = 39T, 1.625us
while (--i);
}
void Read_MPU6050(u8 *buf)
{
u8 i;
I2C_Start(); //起始信号
I2C_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
I2C_SendByte(ACCEL_XOUT_H); //内部寄存器地址，
I2C_Start(); //起始信号
I2C_SendByte(SlaveAddress+1); //发送设备地址+读信号
for(i=0; i<13; i++)
{
buf[i] = I2C_RecvByte(); //读出寄存器数据
SDA = 0; //写应答信号
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
}
buf[i] = I2C_RecvByte(); //最后一个字节
SDA = 1; //写非应答信号
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
I2C_Stop(); //停止信号
}
//****************************************
//整数转字符串
//****************************************
void lcd_printf(uchar *s,int temp_data)
{
if(temp_data<0)
{
temp_data=-temp_data;
*s='-';
}
else *s=' ';
*++s =temp_data/100+0x30;
temp_data=temp_data%100; //取余运算
*++s =temp_data/10+0x30;
temp_data=temp_data%10; //取余运算
*++s =temp_data+0x30;
}
//****************************************
//延时
//****************************************
void delay(unsigned int k)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i<k;i++)
{
for(j=0;j<121;j++);
}
}
//****************************************
//LCD1602初始化
//****************************************
void InitLcd()
{
WriteCommandLCM(0x38,1);
WriteCommandLCM(0x08,1);
WriteCommandLCM(0x01,1);
WriteCommandLCM(0x06,1);
WriteCommandLCM(0x0c,1);
DisplayOneChar(0,0,'A');
DisplayOneChar(0,1,'G');
}
//****************************************
//LCD1602写允许
//****************************************
void WaitForEnable(void)
{
DataPort=0xff;
LCM_RS=0;LCM_RW=1;_nop_();
LCM_EN=1;_nop_();_nop_();
while(DataPort&0x80);
LCM_EN=0;
}
//****************************************
//LCD1602写入命令
//****************************************
void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc)
{
if(Attribc)WaitForEnable();
LCM_RS=0;LCM_RW=0;_nop_();
DataPort=CMD;_nop_();
LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;
}
//****************************************
//LCD1602写入数据
//****************************************
void WriteDataLCM(uchar dataW)
{
WaitForEnable();
LCM_RS=1;LCM_RW=0;_nop_();
DataPort=dataW;_nop_();
LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;
}
//****************************************
//LCD1602写入一个字符
//****************************************
void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData)
{
Y&=1;
X&=15;
if(Y)X|=0x40;
X|=0x80;
WriteCommandLCM(X,0);
WriteDataLCM(DData);
}
//****************************************
//LCD1602显示字符串
//****************************************
void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar *DData,L)
{
uchar ListLength=0;
Y&=0x1;
X&=0xF;
while(L--)
{
DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);
ListLength++;
X++;
}
}
//**************************************
//延时5微秒(STC90C52RC@12M)
//不同的工作环境,需要调整此函数
//当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
//**************************************
void Delay5us()
{
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
//**************************************
//I2C起始信号
//**************************************
void I2C_Start()
{
Delay2us(); //延时
Delay2us(); //延时
SDA = 1; //拉高数据线
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
Delay2us(); //延时
SDA = 0; //产生下降沿
Delay2us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
}
//**************************************
//I2C停止信号
//**************************************
void I2C_Stop()
{
Delay2us(); //延时
SDA = 0; //拉低数据线
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
SDA = 1; //产生上升沿
Delay2us(); //延时
}
//**************************************
//I2C发送应答信号
//入口参数:ack (0:ACK 1:NAK)
//**************************************
void I2C_SendACK(bit ack)
{
SDA = ack; //写应答信号
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay5us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay5us(); //延时
}
//**************************************
//I2C接收应答信号
//**************************************
bit I2C_RecvACK(void)
{
SDA = 1;
Delay2us(); //延时
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
CY = SDA; //读应答信号
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
return CY;
}
//**************************************
//向I2C总线发送一个字节数据
//**************************************
void I2C_SendByte(u8 dat)
{
u8 i;
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
dat <<= 1; //移出数据的最高位
SDA = CY; //送数据口
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
}
I2C_RecvACK();
}
//**************************************
//从I2C总线接收一个字节数据
//**************************************
uchar I2C_RecvByte()
{
u8 i;
u8 dat = 0;
SDA = 1; //使能内部上拉,准备读取数据,
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
dat <<= 1;
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
dat |= SDA; //读数据
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
}
return dat;
}
//**************************************
//向I2C设备写入一个字节数据
//**************************************
void Single_WriteI2C(u8 REG_Address,u8 REG_data)
{
I2C_Start(); //起始信号
I2C_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
I2C_SendByte(REG_Address); //内部寄存器地址，
I2C_SendByte(REG_data); //内部寄存器数据，
I2C_Stop(); //发送停止信号
}
//**************************************
//从I2C设备读取一个字节数据
//**************************************
u8 Single_ReadI2C(u8 REG_Address)
{
u8 REG_data;
I2C_Start(); //起始信号
I2C_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
I2C_SendByte(REG_Address); //发送存储单元地址，从0开始
I2C_Start(); //起始信号
I2C_SendByte(SlaveAddress+1); //发送设备地址+读信号
REG_data=I2C_RecvByte(); //读出寄存器数据
SDA = 1; //写应答信号
SCL = 1; //拉高时钟线
Delay2us(); //延时
SCL = 0; //拉低时钟线
Delay2us(); //延时
I2C_Stop(); //停止信号
return REG_data;
}
//**************************************
//初始化MPU6050
//**************************************
void InitMPU6050()
{
Single_WriteI2C(PWR_MGMT_1, 0x00); //解除休眠状态
Single_WriteI2C(SMPLRT_DIV, 0x07);
Single_WriteI2C(CONFIG, 0x04);
Single_WriteI2C(GYRO_CONFIG, 0x08);
Single_WriteI2C(ACCEL_CONFIG, 0x08);
}
//**************************************
//合成数据
//**************************************
int GetData(uchar REG_Address)
{
char H,L;
H=Single_ReadI2C(REG_Address);
L=Single_ReadI2C(REG_Address+1);
return (H<<8)+L; //合成数据
}
//**************************************
//在1602上显示10位数据
//**************************************
void Display10BitData(int value,uchar x,uchar y)
{
value/=64; //转换为10位数据
lcd_printf(dis, value); //转换数据显示
DisplayListChar(x,y,dis,4); //启始列，行，显示数组，显示长度
}
//*********************************************************************
//****************角度计算*********************************************
//*********************************************************************
#define pi 3.14159265f
#define Kp 0.8f
#define Ki 0.001f
#define halfT 0.004f
float idata q0=1,q1=0,q2=0,q3=0;
float idata exInt=0,eyInt=0,ezInt=0;
void IMUupdate(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az)
{
float data norm;
float idata vx, vy, vz;
float idata ex, ey, ez;
norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);
ax = ax / norm;
ay = ay / norm;
az = az / norm;
vx = 2*(q1*q3 - q0*q2);
vy = 2*(q0*q1 + q2*q3);
vz = q0*q0 - q1*q1 - q2*q2 + q3*q3 ;
ex = (ay*vz - az*vy) ;
ey = (az*vx - ax*vz) ;
ez = (ax*vy - ay*vx) ;
exInt = exInt + ex * Ki;
eyInt = eyInt + ey * Ki;
ezInt = ezInt + ez * Ki;
gx = gx + Kp*ex + exInt;
gy = gy + Kp*ey + eyInt;
gz = gz + Kp*ez + ezInt;
q0 = q0 + (-q1*gx - q2*gy - q3*gz) * halfT;
q1 = q1 + ( q0*gx + q2*gz - q3*gy) * halfT;
q2 = q2 + ( q0*gy - q1*gz + q3*gx) * halfT;
q3 = q3 + ( q0*gz + q1*gy - q2*gx) * halfT;
norm = sqrt(q0*q0 + q1*q1 + q2*q2 + q3*q3);
q0 = q0 / norm;
q1 = q1 / norm;
q2 = q2 / norm;
q3 = q3 / norm;
AngleX = asin(2*(q0*q2 - q1*q3 )) * 57.2957795f;
AngleY = asin(2*(q0*q1 + q2*q3 )) * 57.2957795f;
}
//*********************************************************
//主程序
//*********************************************************
void main()
{
delay(500); //上电延时
InitLcd(); //液晶初始化
InitMPU6050(); //初始化MPU6050
delay(150);
while(1)
{ Read_MPU6050(MPU6050_DATA);
Acc_x = MPU6050_DATA[0]<<8|MPU6050_DATA[1];
Acc_y = MPU6050_DATA[2]<<8|MPU6050_DATA[3];
Acc_z = MPU6050_DATA[4]<<8|MPU6050_DATA[5];
Temp = MPU6050_DATA[6]<<8|MPU6050_DATA[7];
Gyro_x = MPU6050_DATA[8]<<8|MPU6050_DATA[9];
Gyro_y = MPU6050_DATA[10]<<8|MPU6050_DATA[11];
Gyro_z = MPU6050_DATA[12]<<8|MPU6050_DATA[13];
Angle_ax = Acc_x/8192.0;
Angle_ay = Acc_y/8192.0;
Angle_az = Acc_z/8192.0;
Angle_gx = Gyro_x/65.5;
Angle_gy = Gyro_y/65.5;
Angle_gz = Gyro_z/65.5;
IMUupdate(Angle_gx*0.0174533f,Angle_gy*0.0174533f,Angle_gz*0.0174533f,Angle_ax,Angle_ay,Angle_az);
Display10BitData(GetData(ACCEL_XOUT_H),2,0); //显示X轴加速度
Display10BitData(GetData(ACCEL_YOUT_H),7,0); //显示Y轴加速度
Display10BitData(GetData(ACCEL_ZOUT_H),12,0); //显示Z轴加速度
Display10BitData(AngleX,2,1); //显示俯仰角
Display10BitData(AngleY,7,1); //显示横滚角
Display10BitData(GetData(GYRO_ZOUT_H),12,1); //未改，显示Z轴角速度
delay(500);
}
}

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