MPU6050加速度測量顯示電路+單片機程序設計

ID:463841 · 發表于 2019-1-14 03:32

這是是我這學期做的課程設計，題目是：加速度測量顯示電路設計花了兩個星期的時間，剛剛學習單片機所以進度有點慢。做的課設給大家借鑒一下，這里包含報告，源程序，以及原理圖

重點是全部原創哦！!

出現的問題及解決方法
1、在實踐過程中，我們發現從STM32單片機送到51單片機的數據總是不正確，最后發現32單片機和51單片機不共地，導致了數據的傳輸不正確。而后我們使用一根杜邦線使二者共地，問題得以解決。
2、在顯示數據時，一開始我們直接將小數點顯示在對應的顯示屏坐標上，可是發現此時的數據被小數點覆蓋。于是我們將數據通過求整取余運算將整數與小數分開，并與小數點一起逐位顯示，從而使問題解決。
3、由于本次課設中所配置的MPU6050的精度是±2g，所以送過來的原始數據中有正數也有負數。一開始我們并未考慮到這個問題，導致傳送過來的數據讀出來后不正確。后來我們發現，串口通信時，所傳送的數據只能是正整數，所以我們將所獲得的數據（串口通信前）乘以100，以獲得精度為0.01的整數。此時考慮到單倍最大的負整數值為-100g，如果按照g=9.8m/s2來看的話，就是-980，所以±2g中最大的負整數值為-1960。為了保證傳送的數據是正數，我們將傳送的數統一加上2000后，用串口的方式傳送，再在屏顯程序中，減去2000，再除以100，以獲得實際加速度值。最終發現，這個方法可行。
電路原理圖如下：

一、題目名稱 1
二、課設目的 1
三、課設內容及要求 1
四、器件選擇： 2
（一）MPU6050 2
（二）STM32 3
（三）JLX12864G-086 5
五、方案選擇 6
（一）方案一： 6
（二）方案二： 6
（三）方案三： 6
六、原理框圖 7
七、軟件流程圖及硬件原理圖 8
（一）主程序流程圖 8
（二）硬件原理圖 9
1、51單片機最小系統板mdm-3 原理圖 9
2、STM32-PZ6806L原理圖 10
3、MPU6050原理圖 11
八、器件清單及經費統計 12
(一)器件清單 12
(二)經費統計 12
九、程序清單及注釋 13
（一）32部分主程序 13
（二）51部分屏顯主程序 14
（三） usart串口通信程序 22
（四）MPU6050配置程序 25
（五） IIC配置程序 27
十、出現的問題及解決方法 34

一、題目名稱

加速度測量顯示電路設計

二、課設目的

1.通過團隊協作完成課題，鍛煉組員之間的團隊協作能力，溝通能力。
2.使組員對所學相關課程有更深入的了解。
3.增強組員的動手實踐與解決問題的能力。
4.針對學生就業時處理項目的方式進行目的性引導。
5.加深學生對軟硬件電路的設計的熟練程度。
6.提前模擬畢業設計及答辯流程，對學生進行預熱。
7.提高學生就PPT及報告的撰寫能力。
8.豐富課程內容，加深理論與實踐的結合。


三、課設內容及要求

查閱資料，選擇具有XYZ三方向的加速度傳感器芯片，設計信號調理電路，將XYZ三方向的加速度轉變為0-5V電壓信號，并顯示出來。可以使用單片機方案，也可以使用模擬電路方案，設計顯示電路時顯示*.*米/秒2，傳感器種類較多，如A7261，MPU6050。

要求：
設計以測量顯示部分電路為主；
2) 要繪制原理框圖；
3) 繪制原理電路；
4) 要有必要的計算及元件選擇說明；
5) 提供元器件清單；
6) 設計印刷線路板；
7) 如果采用單片機，必須繪制軟件流程圖。

MPU6050是全球首例整合性六軸運動處理組件，俗稱六軸陀螺儀（xyz三軸的傾斜角度和三軸方向的加速度）。它是集成了陀螺儀和加速計于一體的芯片，它極大程度上免除了獨立使用的陀螺儀和加速計在時間上的誤差，而且減少了占用PCB板的空間。
MPU6050對陀螺儀和加速度計分別用了三個16位的ADC，將其測量的模擬量轉化為可測量的數字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運動，傳感器的測量范圍都是用戶可控的，陀螺儀可測范圍為±250，±500，±1000，±2000°/s（dps），加速度計可測范圍為±2，±4，±8，±16g。一個片上1024字節的FIFO，有助于降低系統的功耗。
和所有設備寄存器之間的通信400kHz的iic的接口。另外，片上還內嵌了一個溫度傳感器和在工作環境下僅有±1%變動的振蕩器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封裝(無引線方形封裝)，可承受最大為10000g的沖擊，并有可編程的低通濾波器。關于電源，MPU6050可支持VDD范圍為2.5V±5%，3.0V±5%，或3.3V±5%。另外MPU6050還有一個VLOGIC引腳，用來為輸出提供邏輯電平。VLOGI電壓可取1.8±5%或者VDD。
MPU6050模塊內部自帶穩壓電路，可兼容3.3V/5V的供電電壓，采用先進的數字濾波技術，提高精度同時抑制了測量噪聲。通訊方面MPU6050保留了iic接口，高級用戶能夠采樣底層測量數據。值得一提的是，芯片集成了DMP(Digital Motion Processor)數字動態處理器，從陀螺儀，加速度計以及外接的傳感器接收并處理數據，處理結果可以從DMP寄存器讀出或通過FIFO緩沖。(圖片為MPU6050模塊原理圖)

JLX12864G-086可以顯示128列*64行點陣單色圖片，或顯示8個/行*4行16*16點陣的漢字，或顯示16個/行*8行8*8點陣的英文、數字、符號。結構輕、薄、帶背光。IC采用UC1701X，功能強大，穩定性好。功耗低，10-100mW(不帶背光10mW，帶背光不大于100mW)。
采用4線SPI串行接口，方便簡單。工作溫度在-20℃～70℃，壽命為50000小時（工作溫度在25℃）。
五、方案選擇
（一）方案一：
考慮直接使用32單片機去實現MPU6050數據的采集以及加速度的顯示。其中，32單片機使用IIC通信方式獲取MPU6050的三軸加速度數據，通過串口的方式將數據傳送至顯示屏進行顯示。
但是我們發現，數據的采集和加速度的顯示如果使用同一個單片機，不易觀察顯示屏上的數據，所以我們最終并未采用此種方案。

（二）方案二：
考慮使用藍牙傳送數據的模式，并使用32單片機和51單片機。其中，32單片機所完成的工作是獲取MPU6050的三軸加速度原始數據，然后通過藍牙連接的方式將數據發送給51單片機。再通過串口通信的方式，將處理后的數據（此數據的單位是 m/s2）在51單片機的顯示屏上顯示。
但是在實際操作的時候，有如下兩個問題：
在進行模塊測試過程中，我們發現購買的藍牙模塊并未正常工作。導致無法實現我們的預期要求。
方案一中所提到的不易觀察數據的問題，實際上由于重力加速度的存在，所以在相對緩慢移動MPU6050的情況下依然可以觀察到滿足精度要求的數據且靈敏度較高。
綜上所述，我們并未采用此種方案。

（三）方案三：
由于在方案二中發現的問題，我們放棄使用藍牙模塊，因此我們改用有線傳輸的方法，將32單片機中的數據傳送到51單片機中并進行顯示。此種方案思路清晰且較易實現，滿足精度和靈敏度的要求。因此，我們最終選擇了方案三作為最后的實現方案。
相關計算：
根據手冊，MPU6050當測量范圍是±2g時，測量精度是16384LSB/g，這個參數的含義就是說當測量值得加速度值是1g時，那么MPU6050的輸出值為16384。故  所測加速度  G=x/16384  ，
顯示數據為  G*9.8 （m/s2）。

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