03 - MPU6050 陀螺仪应用

本章节介绍 Pico-G1 扩展板上的 MPU6050 六轴姿态传感器应用示例 —— mpu6050_display。该应用演示了如何使用 I2C 接口读取 MPU6050 传感器的加速度、角速度和温度数据，并实时显示在 TFT 屏幕上。这是学习 I2C 传感器通信和姿态数据处理的实用示例。

应用源码位于 SDK 目录 source/app/03_mpu6050_display/，提供了完整的 I2C 传感器读取和数据处理实现。

1 应用概述

1.1 功能特性

I2C 传感器通信：演示 I2C 接口读取 MPU6050 传感器数据
六轴数据采集：同时读取三轴加速度和三轴角速度
温度监测：读取传感器内部温度数据
实时显示：在 TFT 屏幕上显示姿态数据
INT 引脚监测：支持 MPU6050 数据就绪中断检测
多芯片兼容：支持 MPU6050/MPU6500/MPU9250 等芯片

1.2 技术参数

参数	值
`I2C 接口`	I2C3（/dev/i2c-3）
`从地址`	0x68（AD0 接地）
`加速度量程`	±2g（16384 LSB/g）
`角速度量程`	±250°/s（131 LSB/°/s）
`温度精度`	±1°C
`刷新频率`	150ms（可配置）
`TFT 显示`	ST7789 240×240

1.3 测试用例列表

index	名称	测试指令	预期现象（成功）	失败可能原因
1	基础采集	`./mpu6050_display`	屏幕显示加速度、角速度、温度数据	I2C 连接失败、传感器损坏
2	静止测试	模块静止放置	Z 轴加速度约为 ±1g	传感器方向错误
3	倾斜测试	模块倾斜	相应轴加速度变化	数据解析错误
4	温度测试	手摸传感器	温度数值上升	传感器故障

1.4 目录结构

source/app/03_mpu6050_display/
├── Makefile              # 构建脚本
├── main.c                # 主程序
├── mpu6050.c             # MPU6050 驱动实现
├── mpu6050.h             # MPU6050 驱动头文件
├── i2c_hal.c             # I2C HAL 层实现
├── i2c_hal.h             # I2C HAL 层头文件
├── gpio_hal.c            # GPIO HAL 层实现
├── gpio_hal.h            # GPIO HAL 层头文件
├── spi_hal.c             # SPI HAL 层实现
├── spi_hal.h             # SPI HAL 层头文件
├── st7789.c              # ST7789 驱动实现
├── st7789.h              # ST7789 驱动头文件
├── font8x16.h            # 8×16 ASCII 点阵字库
└── README.md             # 说明文档

2 硬件连接说明

2.1 引脚定义

信号	板上 GPIO	控制器 / 节点	说明
SCL	GPIO4_1	I2C3 → `/dev/i2c-3`	与 OLED(0x3C) 共享总线
SDA	GPIO4_2	I2C3 → `/dev/i2c-3`	与 OLED 共享总线
INT	GPIO0_0	`/dev/gpiochip0` line0	数据就绪指示（可选）
AD0	接 GND	—	从地址 = 0x68
显示	SPI2	`/dev/spidev2.0`	ST7789 240×240

2.2 硬件电路

标准 MPU6050 接线：

     Pico-G1                   MPU6050 Module
  ┌───────────┐              ┌──────────────┐
  │           │              │              │
  │ GPIO4_1 ──┼────── SCL ──┤ SCL          │
  │           │              │              │
  │ GPIO4_2 ──┼────── SDA ──┤ SDA          │
  │           │              │              │
  │ GPIO0_0 ──┼────── INT ──┤ INT（可选）  │
  │           │              │              │
  │    3.3V ──┼─────────────┤ VCC          │
  │           │              │              │
  │     GND ──┼─────────────┤ GND          │
  │           │              │    AD0 ─── GND│
  └───────────┘              └──────────────┘

地址选择

AD0 接 GND：I2C 地址 = 0x68（默认）
AD0 接 VCC：I2C 地址 = 0x69
大多数模块 AD0 已接地，无需额外连接

2.3 引脚复用说明

需要配置的引脚复用：

pad	物理地址	配置值	说明
I2C3_SCL (GPIO4_1)	`0x100C0010`	`0x1002`	func2 = I2C3_SCL
I2C3_SDA (GPIO4_2)	`0x100C0014`	`0x1002`	func2 = I2C3_SDA
INT (GPIO0_0)	`0x112C0000`	`0x1000`	func0(GPIO) + 输入使能

3 编译与部署

3.1 前置条件

在编译本应用之前，请确保已完成以下准备工作：

SDK 环境已搭建：参照开发环境搭建完成交叉编译工具链和 SDK 配置
MPU6050 模块已连接：正确连接 MPU6050 到 I2C3 接口

3.2 编译应用

# 设置工具链路径
export PATH=$PATH:<SDK>/tools/linux/toolchains/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi/bin

# 进入示例目录
cd <SDK>/source/app/03_mpu6050_display

# 编译
make

# 清理
make clean

3.3 部署到板端

# 使用 SCP 传输到开发板
scp mpu6050_display root@<板端IP>:/usr/bin/

# 或通过 TFTP 下载
tftp -g -r mpu6050_display <板端IP>

3.4 运行应用

# 添加执行权限
chmod +x /usr/bin/mpu6050_display

# 运行 MPU6050 显示示例
/usr/bin/mpu6050_display

3.5 预期输出

控制台输出

/mnt # ./mpu6050_display
[mpu] pad 复用：I2C3(4_1/4_2)->func2，GPIO0_0->func0
[mpu] pad 0x100C0010 -> 0x00001002
[mpu] pad 0x100C0014 -> 0x00001002
[mpu] pad 0x112C0000 -> 0x00001000
[mpu] 初始化 SPI 屏（/dev/spidev2.0）...
[spi] pad 0x100C0028 -> 0x00001004
[spi] pad 0x100C002C -> 0x00001004
[spi] pad 0x100C0030 -> 0x00001000
[spi] pad 0x100C0020 -> 0x00001005
[spi] pad 0x100C001C -> 0x00001005
[spi] opening /dev/spidev2.0 ...
[spi] spidev opened, fd=3
[spi] spidev mode/bits/speed set (MODE3/8b/24MHz)
[spi] chardev request DC  @ /dev/gpiochip4 line 5 ...
[spi] chardev request RES @ /dev/gpiochip4 line 4 ...
[spi] chardev request CS  @ /dev/gpiochip5 line 1 ...
[spi] chardev-verify: DC=0(expect0) RES=1(expect1) CS=1(expect1)  ==> OK(chardev 真驱动了引脚)
[spi] spi_hal_init done
[tft] init: SLPOUT
[tft] init: SLPOUT +120ms ok
[tft] init: config cmds ok
[tft] init: DISPON
[tft] init: DISPON ok
[tft] init: clear-flush start
[tft] flush #1 start
[tft] flush #1 done
[tft] init: clear-flush done
[mpu] SPI 屏就绪。
[mpu] 初始化 MPU6050（/dev/i2c-3 addr 0x68）...
[mpu] WHO_AM_I = 0x70
[mpu] 识别为 MPU6500
[mpu] 初始化成功 @ /dev/i2c-3 addr 0x68 (±2g / ±250dps, 100Hz)
[mpu] 采集显示中，每 150ms 刷新，Ctrl+C 退出。

TFT 屏幕显示

MPU6050 显示效果

4 常见问题排查

问题	可能原因	解决方案
读 WHO_AM_I 失败	I2C 连接失败、地址错误	检查接线、确认地址配置
WHO_AM_I = 0xFF	I2C 无应答	检查 SCL/SDA 接线、确认供电
WHO_AM_I 非 0x68	MPU6500/MPU9250 芯片	驱动已兼容 0x70/0x71
数据不更新	传感器未唤醒	检查 PWR_MGMT_1 寄存器