一、前情提要

1.你可以解释这个N轴IMU一些常见的概念吗？
(1)笛卡尔坐标系:

在下面的实际图片中，它似乎与上面的图片不同。事实上，我们只需要旋转一下。我说这个的目的是在解决姿势时经常旋转坐标系，注意XYZ不要混淆轴的位置关系，有时我自己旋转得更多，所以我可以帮助我们理解右手坐标系。

（2）欧拉角：我们常说的欧拉角指的是ROLL(横滚角)，偏航角（Yaw）、俯仰角（Pitch）。具体的大家可以根据下面的模型来进行理解。知乎博主码农爱学习写得真好，简单易懂，非常适合我们这种小白。https://zhuanlan.zhihu.com/p/195683958，我敢再写一遍也是抄袭别人的东西，博主的总结真的很完整。

(3)四元素:他是另一种表示旋转的方式，可以和欧拉角一起转换，具体可以参考CSDN另一位博主的文章：https://blog.csdn.net/xiaoma_bk/article/details/79082629
(4)陀螺仪传感器:这涉及到很多物理方面，我们可以简单地认为它可以X、Y、Z轴的角速。
(5)加速度计传感器:测量X、Y、Z的加速度。
(6)磁力计传感器:测量的3轴磁场强度(我目前不太熟悉，以后要慢慢用)

2. 你能解释一下我在网上查阅的信息中有3轴、6轴、9轴和10轴传感器的区别吗？
(1) 三轴传感器是指三轴陀螺仪。 它测量了三个轴（XYZ）事实上，三个欧拉角（俯仰角、横滚角、偏航角）也可以通过这三个数据进行姿态解算，因此他也可以独立工作，市场上有一个常见的三轴传感器。但传感器的问题是：
（a）因为它的计算方法角度=角速度*dt，大家学过高数和大学物理，当dt很小时，我们可以把物体视为匀速运动，但问题不符合实际情况。我们只是假设会有很大的积累误差；
（b）之前看博主说只用了3轴陀螺仪。相位差问题(这部分我不太懂，以后需要补充一些知识)。
伟大的前辈也知道这个问题，所以产生了一个神奇的想法。你能用两个传感器互相纠正，然后取一个平均值吗（当然，传感器集成并不是那么简单，这里只是一个栗子）应该更准确。然而，从两个角度来看，效果应该更好，因为没有必要添加一个3轴陀螺仪（我不知道在这里解释更好，也就是说，误差很大，最好从另一个角度测量，而不是叠罗汉。），于是产生了6轴加速度。
(2)6轴传感器是指3轴陀螺仪 三轴加速度计。 3轴加速度计测量的是XYZ轴上加速度g的一个重量。当坐标系非常正确时，三轴的值应该是aacx=0g、aacy=0g、aacz=1*g，9是重力加速度，9是重力加速度.8m/s2。当传感器有倾斜时，gx轴和y轴上会有一个重量，可能会变成aacx=0.3g、aacy=0.2g、aacz=0.7g,事实上，我们可以根据这些数据得到三个欧拉角，所有的加速度计也可以单独结算，但如果单独使用，我们就无法解决偏航角。我们可以参考公式，我们通过传感器得到的是ax、ay、az但是我们通过推导发现y消失了（p代表pitch俯仰角、r表示raw横滚角、y表示yaw偏航角），数学是如此神奇，哈哈，出乎意料，因此，三轴加速度计只能解决pitch角和raw角，所以6轴传感器yaw(偏航角会一直漂移)pitch(俯仰角)和raw(横滚角)通过数据融合算法获得相对稳定的值。，目前常用的数据融合算法是DMP卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器必须说是一件非常神奇的事情，我强烈感谢卡尔曼前辈们能够研究出如此优秀和通用的算法。

(3)9轴传感器是指3轴陀螺仪 3轴加速度计 3轴磁力计。您可以猜到添加3轴磁力计的目的。您还可以校准偏航角，以获得相对稳定的3个欧拉角（或稳定的4元组）。您可以参考上过程可以参考上面推荐的知乎博客。老板写得很好。当然，小破站上弟弟的视频也很清楚，再次感谢老板们。我这次没有选用类似MPU92509轴传感器，一个是因为我不需要姿势计算，另一个是因为我的整个系统都有电机和钢轴，这将对磁计的校准产生很大的影响，不能发挥相应的效果。因此，我们在使用时应该主要有磁场校准的影响。
9轴传感器不是很完美吗？10轴传感器是什么？
(4)10轴传感器是指3轴陀螺仪 3轴加速度计 3轴磁力计 1个气压计，这计算气压高度，我认为这是锦上添花。 ，当然，存在是合理的，自然有它的应用场景。

3. 网上说的DMP你能简单说一下算法和卡尔曼滤波器是什么吗？
（1）对于DMP算法：可参考知乎博主码农爱学习这篇文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/165156300
复制他的段落：DMP就是MPU6050内部运动引擎，全称Digital Motion Processor，直接输出接输出可以减轻外围微处理器的工作负担，避免繁琐的滤波和数据集成。 我们用的就像MPU6050、MPU9250等来说，DMP是硬件集成，也就是说，企业已经做了硬件嵌入，我们只需要调用相应的驱动库，这可以非常方便，一些具体的驱动程序可以参考点原子的驱动程序。
(2)卡尔曼滤波算法: 采用加速度计采集的三轴加速度计进行姿态融合pitch、roll作为观测值， 由陀螺仪采集的三轴角度值组成pitch,yaw,raw作为测量值。因此，可以使用卡尔曼滤波器现pitch（俯仰角）、roll（横滚角）的稳定输出。
（3）下面还是引用知乎博主“码农爱学习”中的内容：这部分其实反映的是卡尔曼滤波的思想，K其实指的是卡尔曼增益，这部分我们可以这样理解：每个传感器都可以进行姿态解算，得到自己的三个欧拉角，而我们希望把这些融合（直接取平均的方式显然太low）了。因为每个传感器都有自己的优缺点，我们应该把每个传感器的优点利用起来会使结果更加地准确，因此前辈们提取了每个传感器权重不同的方法来进行融合，至于这个权重到底是多少，卡尔曼老先生在自己的论文中有明确的推导（卡尔曼滤波最经典的那5个方程：2个预测方程，3个更新方程）。此处不再多做介绍，大家如果对卡尔曼滤波原理什么的想要有更深的了解，可以自行搜索，后面我也会自己出一期我自己对卡尔曼滤波的理解。

二、STM32CubeMX配置

有了上面的一些基础概念和了解，我们下面开始配置STM32CubeMX
(1) 在“SYS”设置为“SW”调试模式；

（2）我们在“RCC”中选择外部晶振模式；

（3） 因为MPU6050采用的通信协议是I2C,而我们又想采用硬件I2C去开发，所以必须进行勾选。

（4）因为我们想把数据打印到电脑的“串口调试助手”，所以我们需要开一路串口，波特率为115200；

（5）我们下面配置时钟树；

（6）将这个工程存放在文件夹中，整个目录最好不要有中文，因为后面自动生成代码的时候并不能直接打开，不过问题也不大，需要自己去相关文件夹中的找到工程文件打开；

（7）我们勾选一下我们希望生成文件的配置。

到此为止，我们的配置就已经完成了。

三、寄存器介绍

四、Keil代码介绍

#include "stdarg.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"

#define TXBUF_SIZE_MAX 100
void usart2_printf(const char *format, ...)
{ 
        
    va_list args;
    uint32_t length;
    uint8_t txbuf[TXBUF_SIZE_MAX] = { 
        0};
 
    va_start(args, format);
    length = vsnprintf((char *)txbuf, sizeof(txbuf), (char *)format, args);
    va_end(args);
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)txbuf, length, HAL_MAX_DELAY);
    memset(txbuf, 0, TXBUF_SIZE_MAX);
}

for (uint8_t i=0; i<255;i++)
{ 
        
    if(HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c1, i ,1, 1000) == HAL_OK)    //寻找设备地址,I2C原装函数 
    { 
        		
		usart2_printf("%d\r\n",i);
	    break;
	}.
}

//***************************************MPU6050是地址***********************************//
#define MPU6050_ADDR 0xD0
//*******************************通过查看芯片手册相关传感器地址**************************//
#define SMPLRT_DIV_REG 0x19
#define GYRO_CONFIG_REG 0x1B
#define ACCEL_CONFIG_REG 0x1c
#define ACCEL_XOUT_H_REG 0x3B
#define TEMP_OUT_H_REG 0x41
#define GYRO_XOUT_H_REG 0x43
#define PWR_MGMT_1_REG 0x6B //电源管理1寄存器
#define WHO_AM_I_REG 0x75 
//************************加速度计*********************//
int16_t Accel_X_RAW = 0;
int16_t Accel_Y_RAW = 0;
int16_t Accel_Z_RAW = 0;
//***********************陀螺仪***********************//
int16_t Gyro_X_RAW = 0;
int16_t Gyro_Y_RAW = 0;
int16_t Gyro_Z_RAW = 0;
int16_t Temp_RAW = 0;
float Ax,Ay,Az,Gx,Gy,Gz,Temp;    //将最后读取的值放入这些变量中

（5）进行MPU6050初始化，配置一些寄存器；

void MPU6050_Init(void )
{ 
        
	/* HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); 第1个参数为I2C操作句柄 第2个参数为从机设备地址 第3个参数为从机寄存器地址 第4个参数为从机寄存器地址长度 第5个参数为发送的数据的起始地址 第6个参数为传输数据的大小 第7个参数为操作超时时间 　　 */
	uint8_t check,Data;
	// check device ID WHO_AM_I
	//检查设备ID 
	HAL_I2C_Mem_Read (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR,WHO_AM_I_REG,1,&check ,1,1000);
	if(check == 104)		//if the device is present,寄存器地址默认0x68
	{ 
        
		//power management register 0x6B we should write all 0's to wake the sensor up
		//电源管理寄存器，我们应该在0x6B中写入所有0来唤醒传感器
		Data = 0;
		HAL_I2C_Mem_Write (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR ,PWR_MGMT_1_REG ,1,&Data ,1,1000);
		//Set DATA RATE of 1KHz by writing SMPLRT_DIV register
		//通过写入SMPLRT_DIV寄存器设置1KHz的数据速率
		Data = 0x07;
		HAL_I2C_Mem_Write (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR ,SMPLRT_DIV_REG ,1 ,&Data,1,1000);
		// Set accelerometer configuration in ACCEL_CONFIG Register
		// XA_ST=0,YA_ST=0,ZA_ST=0, FS_SEL=0 ->±2g
		//在加速度寄存器中修改配置
		Data = 0x00;
		HAL_I2C_Mem_Write (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR, ACCEL_CONFIG_REG, 1, &Data, 1, 1000);
		// Set Gyroscopic configuration in GYRO_CONFIG Register
		// XG_ST=0,YG_ST=0, FS_SEL=0 ->± 250 °/s
		//修改重力加速计配置
		Data = 0x00;
		HAL_I2C_Mem_Write (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR, GYRO_CONFIG_REG, 1, &Data, 1, 1000);
	}
}

（6）进行数据读取函数：加速度数据读取、陀螺仪数据读取、温度数据读取；

//************************************加速度传感器读取*************************************//
void MPU6050_Read_Accel(void)
{ 
        
	uint8_t Rec_Data[6];
	//Read 6 BYTES of data starting from ACCEL_XOUT_H register
	HAL_I2C_Mem_Read (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR ,ACCEL_XOUT_H_REG ,1,Rec_Data ,6,1000);
	Accel_X_RAW = (int16_t )(Rec_Data [0] <<8 | Rec_Data [1]);
	Accel_Y_RAW = (int16_t )(Rec_Data [2] <<8 | Rec_Data [3]);
	Accel_Z_RAW = (int16_t )(Rec_Data [4] <<8 | Rec_Data [5]);
	Ax = Accel_X_RAW/16384.0;
	Ay = Accel_Y_RAW/16384.0;
	Az = Accel_Z_RAW/16384.0;
}
//*********************************陀螺仪数据读取*****************************************//
void MPU6050_Read_Gyro(void )
{ 
        
	uint8_t Rec_Data[6];
	// Read 6 BYTES of data staring from GYRO_XOUT_H register
	HAL_I2C_Mem_Read (&hi2c1, MPU6050_ADDR ,GYRO_XOUT_H_REG ,1,Rec_Data ,6 ,1000);
	Gyro_X_RAW = (int16_t )(Rec_Data [0] << 8 | Rec_Data [1]);
	Gyro_Y_RAW = (int16_t )(Rec_Data [2] << 8 | Rec_Data [3]);
	Gyro_Z_RAW = (int16_t )(Rec_Data [4] << 8 | Rec_Data [5]);
	Gx = Gyro_X_RAW/131.0;
	Gy = Gyro_Y_RAW/131.0;
	Gz = Gyro_Z_RAW/131.0;
}
//***********************************芯片温度读取************************************//
void MPU6050_Read_Temp(void )
{ 
        
	uint8_t Rec_Data[2];
	HAL_I2C_Mem_Read (&hi2c1 ,MPU6050_ADDR ,TEMP_OUT_H_REG ,1 ,Rec_Data  ,2 ,1000);
	Temp_RAW = (int16_t )(Rec_Data [0]<<8)|Rec_Data [1];
	Temp = 36.53 + (Temp_RAW )/340;
}

(7) 在主函数中调用这些函数即可；

MPU6050_Init ();

MPU6050_Read_Accel();
MPU6050_Read_Gyro();
MPU6050_Read_Temp();
usart2_printf("Ax=%.2f,Ay=%.2f,Az=%.2f\r\n",Ax,Ay,Az);
usart2_printf("Gx=%.2f,Gy=%.2f,Gz=%.2f\r\n",Gx,Gy,Gz);
usart2_printf("Temperature=%.2f,\r\n",Temp );
HAL_Delay (500);

（8）我们将这些代码编译，烧录到我们单片机中即可。

总结