STM32标准库——（14）I2C通信协议、MPU6050简介

1.I2C通信

I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
I2C总线是一种用于芯片之间进行通信的串行总线。它由两条线组成：串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA）。SDA(Serial data)是数据线，D代表Data也就是数据，Send Data 也就是用来传输数据的；SCL(Serial clock line)是时钟线，C代表Clock 也就是时钟也就是控制数据发送的时序的。这种总线允许多个设备在同一条总线上进行通信。
作为一个通信协议，它必须要在硬件和软件上都做出规定，硬件上的规定，就是你的电路应该如何连接，端口的输入输出模式都是啥样的，软件上的规定，就是你的时序是怎么定义的，字节如何传输，高位先行还是低位先行，一个完整的时序有哪些部分构成这些东西，硬件的规定和软件的规定配合起来，就是一个完整的通信协议。

2.I2C硬件电路

• 所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

• 设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

• SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

第一个就是I2C的典型电路模型，这个模型采用了一主多从的结构。我们可以看到CPU作为主设备，控制着总线并拥有很大的权利。其中，主机对SCL线拥有完全的控制权，无论何时何地，主机都负责掌控SCL线。在空闲状态下，主机还可以主动发起对SDA的控制。但是，从机发送数据或应答时，主机需要将SDA的控制权转交给从机。
我们看到了一系列被控IC，它们是挂载在I2C总线上的从机设备，如姿态传感器、OLED、存储器、时钟模块等。这些从机的权利相对较小。对于SCL时钟线，它们在任何时刻都只能被动的读取，不允许控制SCL线；对于SDA数据线，从机也不允许主动发起控制，只有在主机发送读取从机的命令后，或从机应答时，从机才能短暂地取得SDA的控制权。这就是一主多从模型中协议的规定。
由于现在是一主多从结构，主机拥有SCL的绝对控制权，因此主机的SCL可以配置成推挽输出，所有从机的SCL都配置成浮空输入或上拉输入。数据流向为主机发送、所有从机接收。但是到SDA线这里就比较复杂了，因为这是半双工协议，所以主机的SDA在发送时是输出，在接收时是输入。同样地，从机的SDA也会在输入和输出之间反复切换。如果能够协调好输入输出的切换时机就没有问题。但是这样做的话，如果总线时序没有协调好，就极有可能发生两个引脚同时处于输出的状态。如果此时一个引脚输出高电平，一个引脚输出低电平，就会造成电源短路的情况，这是要极力避免的。为了避免这种情况的发生，I2C的设计规定所有设备不输出强上拉的高电平，而是采用外置弱上拉电阻加开漏输出的电路结构。这两点规定对应于前面提到的“设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式”以及“SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右”。对应第二个图。
推挽输出：上面一个开关管连接正极，下面一个开关管连接负极。当上面导通时，输出高电平；下面导通时，输出低电平。因为这是通过开关管直接连接到正负极的，所以这是强上拉和强下拉的模式。
开漏输出：就是去掉这个强上拉的开关管，输出低电平时，下管导通，是强下拉，输出高电平时，下管断开，但是没有上管了，此时引脚处于浮空的状态，这就是开漏输出。（我们之前的弹簧和杆子的模型来解释，就是SCL或SDA就是一根杆子，为了防止有人向上推杆子，有人向下拉杆子造成冲突，我们就规定所有的人不准向上推杆子，只能选择向下拉或者放手，然后我们再外置一根弹簧向上拉，你要输出低电平就往下拽，这个弹簧肯定拽不赢你，所以弹簧被拉伸杆子处于低电平状态，你要输出高电平就放手，杆子在弹簧的拉力下回弹到高电平，这就是一个弱上拉的高电平，但是完全不影响数据传输。）
就是这个模式会有一个“线与”的现象。就是只要有任意一个或多个设备输出了低电平，总线就处于低电平，只有所有设备都输出高电平，总线才处于高电平。I2C可以利用这个电路特性执行多主机模式下的时钟同步和总线仲裁，所以这里SCL虽然在一主多从模式下可以用推挽输出，但是它仍然采用了开漏加上拉输出的模式，因为在多主机模式下会利用到这个特征。

3.I2C时序单元

3.1 起始和终止

起始条件是指SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平。在I2C总线处于空闲状态时，SCL和SDA都处于高电平状态，也就是没有任何一个设备去碰SCL和SDA，由外挂的上拉电阻拉高至高电平，总线处于平静的高电平状态。当主机需要数据收发时打破平静，会首先产生一个起始条件。这个起始条件是，SCL保持高电平，然后把SDA拉低，产生一个下降沿。当从机捕获到这个SCL高电平，SDA下降沿信号时，就会进行自身的复位，等待主机的召唤。之后，主机需要将SCL拉低。这样做一方面是占用这个总线，另一方面也是为了方便这些基本单元的拼接。这样，除了起始和终止条件，每个时序单元的SCL都是以低电平开始，低电平结束。
终止条件是SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平。SCL先放开并回弹到高电平，SDA再放开并回弹高电平，产生一个上升沿。这个上升沿触发终止条件，同时终止条件之后，SCL和SDA都是高电平，回归到最初的平静状态。这个起始条件和终止条件就类似串口时序里的起始位和停止位。一个完整的数据帧总是以起始条件开始、终止条件结束。另外，起始和终止都是由主机产生的。因此，从机必须始终保持双手放开，不允许主动跳出来去碰总线。如果允许从机这样做，那么就会变成多主机模型，不在本节的讨论范围之内。这就是起始条件和终止条件的含义。

3.2 发送字节

就是SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上，高位先行，然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间，SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次即可发送一个字节，起始条件之后，第一个字节也必须是主机发送的，主机如何发送呢，就是最开始SCL低电平，主机如果想发送0，就拉低SDA到低电平，如果想发送1就放手，SDA回弹到高电平，在SCL低电平期间允许改变SDA的电平，当这一位放好之后，主机就松手时钟线，SCL回弹到高电平，在高电平期间是从机读取SDA的时候，所以高电平期间SDA不允许变化，那主机在放手SCL一段时间后就可以继续拉低SCL传输下一位了，主机也需要在SCL下降沿之后，尽快把数据放在SDA上，但是主机有时钟的主导权哈，所以主机并不需要那么着急，只需要在低电平的任意时刻把数据放在SDA上就行了，晚点也没关系，数据放完之后，主机再松手SCL，SCL高电平，从机读取这一位。就这样的流程，主机拉低SCL，把数据放在SDA上，主机松开SCL，从机读取SDA的数据，在SCL的同步下，依次进行主机发送和从机接收，循环8次，就发送了8位数据，也就是一个字节，另外注意，这里是高位先行，所以第一位是一个字节的最高位B7，然后依次是次高位B6…这个和串口是不一样的，串口时序是低位先行，这里I2C是高位先行。

另外由于这里有时钟线进行同步，所以如果主机一个字节发送一半，突然进中断了，不操作SCL和SDA的，那时序就会在中段的位置不断拉长，SCL和SDA电平都暂停变化，传输也完全暂停，等中段结束后，主机回来继续操作，传输仍然不会出问题，这就是同步时序的好处。

3.3 接收字节

和上面接收字节基本一样，区别就是SDA线，主机在接收之前需要释放SDA，然后这时从机就取得了SDA的控制权，从机需要发送0就把SDA拉低，从机需要发送1就放手，SDA回弹高电平，然后同样的，低电平变换数据，高电平读取数据，这里实线部分表示主机控制的电平，虚线部分表示从机控制的电平，SCL全程由主机控制，SDA主机在接收前要释放，交由从机控制，之后还是一样，因为SCL始终是有主机控制的，所以从机的数据变换基本上都是贴着SCL下降沿进行的，而主机可以在SCL高电平的任意时刻读取，这是接收一个字节的时序。

3.4 发送应答及接收应答

发送应答和接收应答就是当我们在调用发送一个字节之后，就要紧跟着调用接收应答的时序，用来判断从机有没有收到刚才给它的数据，如果从机收到了，那在应答位这里，主机释放SDA的时候，从机就应该立刻把SDA拉下来，然后在SCL高电平期间，主机读取应答位，如果应答位为0，就说明从机确实收到了

4.I2C时序

4.1 指定地址写

在这里上面的线是SCL，下面的线是SDA空闲状态都是高电平，然后主机需要给从机写入数据的时候，首先SCL高电平期间，拉低SDA产生起始条件，在起始条件之后，紧跟着的时序，必须是发送一个字节的时序，字节的内容必须是从机地址+读写位，正好从机地址是7位，读写位是1位，加起来是一个字节8位，发送从机地址，就是确定通信的对象，发送读写位，就是确认我接下来是要写入还是要读出，具体发送的时候呢，在这里低电平期间SDA变换数据，高电平期间从机读取SDA，这里我用绿色的线来标明了从机读到的数据，比如这样的波形，那从机收到的第一位就是高电平1，然后SCL低电平期间主机继续变换数据，因为第二位还是1，所以这里SDA电平并没有变换，然后SCL高电平，从机读到第二位是1，之后继续低电平变换数据，高电平读取数据，第三位就是0，这样持续8次就发送了一个字节数据，其中这个数据的定义:高7位表示从机地址，比如这个波形下，主机寻找的统计地址就是1101000，这个就是MPU6050的地址，然后最低位表示读写位，0表示之后的时序主机要进行写入操作，1表示之后的时序主机要进行读出操作，这里是0，说明之后我们要进行写入操作，那目前主机是发生了一个字节，字节内容转化为16进制，高位先行就是0xD0 ，然后根据协议规定，紧跟着的单元就得是接收从机的应答位（Receive Ack（RA）），在这个时刻主机要释放SDA，释放SDA之后引脚电平回弹到高电平,.但是根据协议规定，从机要在这个位拉低SDA，所以单看从机的波形，该应答的时候从机立刻拽住SDA，然后应答结束之后，从机再放开SDA，那现在综合两者的波形，结合线与的特性，在主机释放SDA之后，由于SDA也被从机拽住了，所以主机松手后，SDA并没有回弹高电平。
应答结束后，我们要继续发送一个字节，同样的时序再来一遍，第二个字节就可以送到指定设备的内部来，从机设备可以自己定义第二个字节和后续字节的用途，一般第二个字节可以是寄存器地址，或者是指令控制字等，比如MPU16050定义的第二个字节就是寄存器地址，比如AD转换器，第二个字节可能就是指令控制字，比如存储器，第二个字节可能就是存储器地址,那图示这里主机发送这样一个波形，我们一一判定，数据为00011001，即主机向从机发送了0x19 这个数据，第一部分解读的前七位出来的是MPU6050，在MPU6050 里，就表示我要操作你0x19地址下的寄存器了，接着同样是从机应答，主机释放SDA，从机拽住SDA，SDA表现为低电平，主机收到应答位为0，表示收到了从机的应答，然后继续同样的流程。
再来一遍，主机再发送一个字节，这个字节就是主机想要写入到0x19地址下寄存器的内容了，比如这里发送了0xAA的波形，就表示我在0x19地址下写入0xAA，最后是接收应答位，如果主机不需要继续传输了，就可以产生停止条件，在停止条件之前先拉低SDA，为后续SDA的上升沿做准备，然后释放SCL，再释放SDA，这样就产生了SCL高电平期间SDA的上升沿，这样一个完整的数据帧就拼接完成了，那套用上面这句话呢，这个数据帧的目的，就是对于指定从机地址为1001000的设备，在其内部0x19地址下的寄存器中，写入0xAA这个数据。

4.2 当前地址读

如果主机想要读取从机的数据，就可以执行这个时序，那最开始还是SCL高电平期间，拉低SDA产生起始条件，起始条件开始后，主机必须首先调用发送一个字节，来进行从机的寻址和指定读写标志位，比如图示的波形，表示本次寻址的目标是1101000的设备，同时最后一位读写标志为1，表示主机接下来想要读取数据，紧跟着发送一个字节之后接收一下从机应答位，从机应答为0代表从机收到了第一个字节，在从机应答之后，从这里开始数据的传输方向就要反过来了，因为刚才主机发出了读的命令，所以这之后主机就不能继续发送了，要把SDA的控制权交给从机，主机调用接收一个字节的时序进行接收操作，然后在这一块从机就得到了主机的允许，可以在SCL低电平之间写入SDA，然后主机在SCL高电平期间读取SDA，那最终主机在SCL高电平期间，依次读取8位，就接收到了从机发送的一个字节数据，00001111，也就是0x0f，那现在问题就来了，这个0x0f是从机哪个寄存器的数据呢，我们看到在读的时序中，I2C协议的规定是，主机进行寻址时，一旦读写标志位给1了，下一个字节就要立马转为读的时序，所以主机还来不及指定，我想要读哪个寄存器就得开始接收了，所以这里就没有指定地址这个环节，那主机并没有指定寄存器的地址，从机到底该发哪个寄存器的数据呢，这需要用到我们上面说的当前地址指针了，在从机中，所有的寄存器被分配到了一个线性区域中，并且会有个单独的指针变量，指示着其中一个寄存器，这个指针上电默认一般指向0地址，并且每写入一个字节和读出一个字节后，这个指针就会自动自增一次，移动到下一个位置，主机没有指定要读哪个地址，从机就会返回当前指针指向的寄存器的值，那假设我刚刚调用了这个指定地址写的时序，在0x19 的位置写出了0xAA，那么指针就会加1移动到0x1A（0x19+1=0x1A）的位置，我再调用这个当前地址读的时序，返回的就是0x1A地址下的值，如果再调用一次，返回的就是0x1B地址下的值，以此类推，这就是当前地址读时序的操作逻辑，由于当前地址读并不能指定读的地址，所以这个时序用的不是很多。

4.3 指定地址读

首先最开始仍然是启动条件，然后发送一个字节进行寻址，这里指定从机地址是1101000，读写标志位是0，代表我要进行写的操作，经过从机应答之后，再发送一个字节，第二个字节用来指定地址，这个数据就写入到了从机的地址指针里了，也就是说从机接收到这个数据之后，它的寄存器指针就指向了0x19 这个位置，之后我们要写入的数据，不给他发，而是直接再来个起始条件，这个Sr的意思就是重复起始条件，相当于另起一个时序，因为指定读写标志位，只能是跟着起始条件的第一个字节，所以如果想切换读写方向，只能再来个起始条件，然后起始条件后重新寻址并且指定读写标志位，此时读写标志位是1代表我要开始读了，接着主机接收一个字节，这个字节是不是就是0x19 地址下的数据，这就是指定地址读，你也可以再加一个停止条件，这样也行哈，这样的话就是两个完整的时序了，先起始写入地址停止，因为写入的地址会存在地址指针里面，所以这个地址并不会因为时序的停止而消失，我们就可以再提示读当前位置停止，这样两条时序也可以完成任务，但是I2C协议官方规定的复合格式是一整个数据帧，就是先起始再重复起始再停止，相当于把两条时序拼接成一条。

5.MPU6050

5.1 简介

5.2 自身参数

芯片进行I2C通信的从机地址，这个可以在手册里查到，当AD0等于0，地址为1001000，当AD0等于1时，地址为1001001，AD0就是板子引出来的一个引脚，可以调节I2C从机地址的最低位，这里地址是七位的。如果像这样用二进制来表示的话，一般没啥问题，如果在程序中用16进制表示的话，一般会有两种表示方式，以这个1001000的地址为例，第一种就是单纯的把这七位的二进制转化为16进制，这里1001000低4位和高3位切开转换，16进制就是0x68（100 1000前面补了个0），所以有的地方就说MPU6050的从机地址是0x68 ，然后我们看一下之前I2C通信的时序，这里第一个字节的高7位是从机地址，最低位是读写位，所以如果你认为0x68是从机地址的话，在发送第一个字节时，要先把0x68 左移一位，再按位或上读写位，读1写0，这是认为从机地址是0x68 的操作，当然目前还有另一种常见的表示方式，就是把0x68 左移移位后的数据当做从机地址，0x68 左移1位之后是0xD0 ，那这样MPU6050的从机地址就是0xD0 ，这时在实际发送第一个字节时，如果你要写，就直接把0xD0 当做第一个字节；如果你要读就把0xd0或上0x01 即0xD1当做第一个字节，这种表示方式就不需要进行左移的操作了，或者说这种表示方式是把读写位也融入到了从机地址里来，0xD0 是写地址，0xD1是读地址，这样表示的，所以你之后看到有地方说0xD0是MPU6050的从机地址，那它就是融入了读写位的从机地址，如果你看到有地方说0x68是MPU6050的从机地址，这也不要奇怪，这种方式就是直接把7位地址转换16进制得到的，在实际发送第一个字节时，不要忘了先左移一位，再或上读写位，这是两种统计地址的表示方式。

5.3 硬件电路

左上角是一个LDO低压差线性稳压器,这部分是供电的逻辑，手册里介绍这个MPU6050 芯片的VDD供电是2.375~3.46V属于3.3V供电的设备，不能直接接5V，所以为了扩大供电范围，这个模块的设计者就加了个3.3V的稳压器，输入端电压vcc_5v可以在3.3v到5v之间，然后经过3.3伏的稳压器输出稳定的3.3伏电压给芯片端供电，然后这一块是电源指示灯，只要3.3v端有电，电源指示灯就会亮.
左下角是一个八针的排针，有VCC和GND这两个引脚是电源供电，然后SCL和SDA这两个引脚是I2C通信的引脚，在这里可以看到，SCL和SDA模块已经内置了两个4.7k的上拉电阻了，所以在我们接线的时候，直接把SCL和SDA接在GPIO口就行了，不需要再在外面另外接上拉电阻了，接着下面有XCL和XDA这两个是芯片里面的主机I2C通信引脚，设计这两个引脚是为了扩展芯片功能，之前我们说过，MPU6050是一个六轴姿态传感器，这是九轴姿态传感器多出的磁力计的作用，另外如果你要制作无人机，需要定高飞行，这时候就还需要增加气压计，扩展为十轴提供一个高度信息的稳定参考，所以根据项目要求啊，这个六轴传感器可能不够用，需要进行扩展，那这个时候这个XCL和XDA就可以起作用了，XCL和XDA通常就是用于外接磁力计或者气压计，当接上磁力计或气压计之后，MPU6050的主机接口可以直接访问这些扩展芯片的数据，把这些扩展芯片的数据读取到MPU6050 里面，在MPU6050 里面会有DMP单元进行数据融合和姿态解算，如果你不需要按MPU6050 的解算功能的话，也可以把这个磁力计或者气压计直接挂载在XCL和XDA这条总线上，因为I2C本来就可以挂载多设备，所以把多个设备都挂载在一起也是没问题的。下面AD0引脚，这个之前说过，他是从机地址的最低位，接低电平的话七位从机地址就是1001000，接高电平的话七位从机地址就是1001001，这里电路中可以看到有一个电阻默认弱下拉到低电平了，所以引脚悬空的话就是低电平，如果想接高电平，就可以把AD0直接引到VCC，强上拉至高电平。最后一个引脚是INT，也就是中断输出引脚，可以配置芯片内部的一些事件来触发中断引脚的输出，比如数据准备好了、I2C主机错误等，另外芯片内部还内置了一些实用的小功能、比如自由落体检测、运动检测、零运动检测等，这些信号都可以触发INT引脚产生电平跳变，需要的话可以进行中断信号的配置，但如果不要的话，那也可以不配置这个引脚。

5.4 框图

左上角是时钟系统，有时钟输入脚和输出脚，不过我们一般使用内部时钟，硬件电路这里CLKIN直接接了地，CLKOUT没有引出所以这部分不需要过多关心，然后下面这些灰色的部分就是芯片内部的传感器，包括x y z轴的陀螺仪陀螺仪，另外这个芯片还内置了一个温度传感器，你要是想用它来测量温度也是没问题的，那这么多传感器本质上也都相当于可变电阻，通过分压后输出模拟电压，然后通过ADC进行模数转换，转化完成之后呢，这些传感器的数据统一都放到数据寄存器中，我们读取数据寄存器就能得到传感器测量的值了，这个芯片内部的转换都是全自动进行的，就类似我们之前学的AD连续转换加DMA转运，每个ADC输出，对应16位的数据寄存器，不存在数据覆盖的问题，我们配置好转换频率之后，每个数据就自动以我们设置的频率刷新到数据寄存器，我们需要数据的时候直接来读就行
接着每个传感器都有个自测单元self test，这部分是用来验证芯片好坏的，当启动自测后，芯片内部就会模拟一个外力施加在传感器上，这个外力导致传感器数据会比平时大一些，那如何进行自测呢，我们可以先使能自测读取数据，再失能自测读取数据，两个数据相减得到的数据叫自测响应，芯片手册里给出了一个范围，如果自测响应在这个范围内就说明芯片没问题，如果不在就说明芯片可能坏了，使用的时候就要小心点，这个是自测的功能。
右边这一大块就是寄存器和通信接口部分了，中断状态寄存器可以控制内部的哪些事件到中断引脚的输出，FIFO是先入先出寄存器，可以对数据流进行缓存，我们本节暂时不用，配置寄存器，可以对内部的各个电路进行配置，传感器寄存器也就是数据寄存器，存储在各个传感器的数据，工厂校准这个意思就是内部的传感器都进行了校准我们不用了解，然后右边这个数字运动处理器简称DMP，还是芯片内部自带的一个姿态解算的硬件算法，配合官方的DMP库可以进行姿态解算，因为姿态解算还是比较难的，而且算法也很复杂，所以如果使用了内部的DMP进行姿态解算，姿态解算就会方便一些，暂时不涉及，这个FSYNC是帧同步，我们用不到，最后上面这块就是通信接口部分，上面一部分就是从机的I2C和SPI通信接口，用于和stm32通信，下面这一部分是主机的I2C通信接口，用于和MPU6050扩展的设备进行通信，这里有个接口旁路选择器(MUX)就是一个开关，如果拨到上面，辅助的I2C引脚就和正常的I2C引脚接到一起，这样两路总线就合在一起了，stm32可以控制所有设备，这时sm32就是大哥MPU6050和这个扩展设备都是stm32的小弟，如果拨到下面，辅助的I2C引脚就由mpu6050控制，两条I2C总线独立分开，这时stm32是mpu6050的大哥，MPU6050又是扩展设备的大哥，我们本节课程不会用到这个扩展功能。

5.5 常用寄存器

6B（电源管理寄存器1）：设备复位：0（不复位）睡眠模式：0（解除睡眠）循环模式：0（不需要循环）无关位：0 温度传感器使能：0 选择时钟：000（内部时钟）、001（x轴陀螺仪时钟（推荐））
6C（电源管理寄存器2）：循环模式唤醒频率：00 每一个轴的待机位：全给0（不需要待机）
19（采样率分频）：八位决定了数据输出的快慢值越小越快后续程序中给0x09 也就是10分频
1A（配置寄存器）：外步同步：000（不需要）数字低通滤波器：110（最平滑的滤波）
1B（陀螺仪配置寄存器）：自测使能：000 满量程选择：11（最大量程）
1C（加速度计配置寄存器）：自测使能：000 满量程选择：11（最大量程）高通滤波器：000（不需要）

6.软件I2C读写MPU6050

6.1 接线图

6.2相关代码

6.2.1 MyI2C.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"/*引脚配置层*//*** 函    数：I2C写SCL引脚电平* 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCL的电平，范围0~1* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCL为低电平，当BitValue为1时，需要置SCL为高电平*/
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SCL引脚的电平Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求
}/*** 函    数：I2C写SDA引脚电平* 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SDA的电平，范围0~0xFF* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SDA为低电平，当BitValue非0时，需要置SDA为高电平*/
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SDA引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求
}/*** 函    数：I2C读SDA引脚电平* 参    数：无* 返 回 值：协议层需要得到的当前SDA的电平，范围0~1* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前SDA为低电平时，返回0，当前SDA为高电平时，返回1*/
uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{uint8_t BitValue;BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);		//读取SDA电平Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求return BitValue;											//返回SDA电平
}/*** 函    数：I2C初始化* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SCL和SDA引脚的初始化*/
void MyI2C_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	//开启GPIOB的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					//将PB10和PB11引脚初始化为开漏输出/*设置默认电平*/GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);			//设置PB10和PB11引脚初始化后默认为高电平（释放总线状态）
}/*协议层*//*** 函    数：I2C起始* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MyI2C_Start(void)
{MyI2C_W_SDA(1);							//释放SDA，确保SDA为高电平MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，确保SCL为高电平MyI2C_W_SDA(0);							//在SCL高电平期间，拉低SDA，产生起始信号MyI2C_W_SCL(0);							//起始后把SCL也拉低，即为了占用总线，也为了方便总线时序的拼接
}/*** 函    数：I2C终止* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MyI2C_Stop(void)
{MyI2C_W_SDA(0);							//拉低SDA，确保SDA为低电平MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，使SCL呈现高电平MyI2C_W_SDA(1);							//在SCL高电平期间，释放SDA，产生终止信号
}/*** 函    数：I2C发送一个字节* 参    数：Byte 要发送的一个字节数据，范围：0x00~0xFF* 返 回 值：无*/
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{uint8_t i;for (i = 0; i < 8; i ++)				//循环8次，主机依次发送数据的每一位{MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));	//使用掩码的方式取出Byte的指定一位数据并写入到SDA线//Byte或上1000 0000等于Byte 接着右移一位 即Byte与上0100 0000 等于ByteMyI2C_W_SCL(1);						//释放SCL，从机在SCL高电平期间读取SDAMyI2C_W_SCL(0);						//拉低SCL，主机开始发送下一位数据}
}/*** 函    数：I2C接收一个字节* 参    数：无* 返 回 值：接收到的一个字节数据，范围：0x00~0xFF*/
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{uint8_t i, Byte = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到MyI2C_W_SDA(1);							//接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送for (i = 0; i < 8; i ++)				//循环8次，主机依次接收数据的每一位{MyI2C_W_SCL(1);						//释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDAif (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);//若Byte等于1 则与上1000 0000就等于1 若Byte等于0 则与上1000 0000还是为0}	//读取SDA数据，并存储到Byte变量//当SDA为1时，置变量指定位为1，当SDA为0时，不做处理，指定位为默认的初值0MyI2C_W_SCL(0);						//拉低SCL，从机在SCL低电平期间写入SDA}return Byte;							//返回接收到的一个字节数据
}/*** 函    数：I2C发送应答位* 参    数：Byte 要发送的应答位，范围：0~1，0表示应答，1表示非应答* 返 回 值：无*/
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{MyI2C_W_SDA(AckBit);					//主机把应答位数据放到SDA线MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，从机在SCL高电平期间，读取应答位MyI2C_W_SCL(0);							//拉低SCL，开始下一个时序模块
}/*** 函    数：I2C接收应答位* 参    数：无* 返 回 值：接收到的应答位，范围：0~1，0表示应答，1表示非应答*/
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{uint8_t AckBit;							//定义应答位变量MyI2C_W_SDA(1);							//接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDAAckBit = MyI2C_R_SDA();					//将应答位存储到变量里MyI2C_W_SCL(0);							//拉低SCL，开始下一个时序模块return AckBit;							//返回定义应答位变量
}

6.2.2 MyI2C.h

#ifndef __MYI2C_H
#define __MYI2C_Hvoid MyI2C_Init(void);
void MyI2C_Start(void);
void MyI2C_Stop(void);
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte);
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void);
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit);
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void);#endif

6.2.3 MPU6050.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"#define MPU6050_ADDRESS		0xD0		//MPU6050的I2C从机地址/*** 函    数：MPU6050写寄存器* 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述* 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF* 返 回 值：无*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{MyI2C_Start();						//I2C起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);	//发送从机地址，读写位为0，表示即将写入MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);			//发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(Data);				//发送要写入寄存器的数据MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_Stop();						//I2C终止
}/*** 函    数：MPU6050读寄存器* 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述* 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF*/
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint8_t Data;MyI2C_Start();						//I2C起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);	//发送从机地址，读写位为0，表示即将写入MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);			//发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答MyI2C_Start();						//I2C重复起始MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);	//发送从机地址，读写位为1，表示即将读取MyI2C_ReceiveAck();					//接收应答Data = MyI2C_ReceiveByte();			//接收指定寄存器的数据MyI2C_SendAck(1);					//发送应答，给从机非应答，终止从机的数据输出MyI2C_Stop();						//I2C终止return Data;
}/*** 函    数：MPU6050初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MPU6050_Init(void)
{MyI2C_Init();									//先初始化底层的I2C/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);		//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);		//电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);		//采样率分频寄存器，配置采样率MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);			//配置寄存器，配置DLPFMPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);	//陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/sMPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);	//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}/*** 函    数：MPU6050获取ID号* 参    数：无* 返 回 值：MPU6050的ID号*/
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);		//返回WHO_AM_I寄存器的值
}/*** 函    数：MPU6050获取数据* 参    数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767* 参    数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767* 返 回 值：无*/
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{uint8_t DataH, DataL;								//定义数据高8位和低8位的变量DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);		//读取加速度计X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);		//读取加速度计X轴的低8位数据*AccX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);		//读取加速度计Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);		//读取加速度计Y轴的低8位数据*AccY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);		//读取加速度计Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);		//读取加速度计Z轴的低8位数据*AccZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);		//读取陀螺仪X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);		//读取陀螺仪X轴的低8位数据*GyroX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);		//读取陀螺仪Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);		//读取陀螺仪Y轴的低8位数据*GyroY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);		//读取陀螺仪Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);		//读取陀螺仪Z轴的低8位数据*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
}

6.2.4 MPU6050.h

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_Hvoid MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);void MPU6050_Init(void);
uint8_t MPU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);#endif

6.2.5 MPU6050_Reg.h

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19 //采样率分频
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A //配置寄存器
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B //陀螺仪配置寄存器
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C //加速度计配置寄存器#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B  //加速度寄存器X轴的高八位
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B //电源管理寄存器1
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C //电源管理寄存器2
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75#endif

6.2.6 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"uint8_t ID;								//定义用于存放ID号的变量
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;			//定义用于存放各个数据的变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化MPU6050_Init();		//MPU6050初始化/*显示ID号*/OLED_ShowString(1, 1, "ID:");		//显示静态字符串ID = MPU6050_GetID();				//获取MPU6050的ID号OLED_ShowHexNum(1, 4, ID, 2);		//OLED显示ID号while (1){MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);		//获取MPU6050的数据OLED_ShowSignedNum(2, 1, AX, 5);					//OLED显示数据OLED_ShowSignedNum(3, 1, AY, 5);OLED_ShowSignedNum(4, 1, AZ, 5);OLED_ShowSignedNum(2, 8, GX, 5);OLED_ShowSignedNum(3, 8, GY, 5);OLED_ShowSignedNum(4, 8, GZ, 5);}
}