MPU-6500 ６軸加速度＋ジャイロセンサ



　MPU-6500は、Invensense社（現在TDKの子会社）の製品で、I2CとSPIの二つのインターフェースをもった６軸加速度・ジャイロセンサです。SPIまたはI2Cでアクセス可能です。

　　　　　Ⅰ．MPU-6500のハードウエア仕様

　　　　　Ⅱ.MPU-6500のSPI仕様

　　　　　Ⅲ．MPU-6500のI2C仕様


Ⅰ．MPU-6500のハードウエア仕様
　１）動作電圧　1.71～3.45V

　２）加速度（Accelerometer）　X、Y、Z軸。±2～±16（ｇ）
　　　　　　　　　　　　　　　16ビット出力データ・レート0.24～40000Hz

　３）角速度（Gyroscope）　　X、Y、Z軸。±250～±2000（°/sec）
　　　　　　　　　　　　　　16ビット出力データ・レート4～8000Hz

　４）温度（Temperature）　16ビット出力データ　－４０℃～８５℃
　　　　　　　　　　　　　　摂氏温度（℃）に変換するには以下の式で計算する。
　　　　　　　　　　　　　　TEMP_degC＝((TEMP_OUT-RoomTemp-Offset)/
　　　　　　　　　　　　　　Temp_Sensitivity)＋21degC


　　Ⅱ.MPU-6500のSPI仕様

　　　１）データの転送はMSBファーストで行われる

　　　２) SCLKは負極性（待機時はHigh)

　　　３）データはSCLKのRisingEdgeでラッチされる

　　　４）データはSCLKのFallingEdgeで転送される

　　　　（以上から、SPIモードは３である）

　　　５）SCLKの最大周波数は１MHｚである

　　　６）SPIデータの転送には16ｸﾛｯｸ（２Bytes）以上を要する

　　　７）最初のByteでSPIｱﾄﾞﾚｽを送り、次に続く複数Byteでﾃﾞｰﾀを送る

　　　８）送るｱﾄﾞﾚｽByteの先頭Bitは、Read/Write bit になる
　　　　　（Readのときは１、Writeのときは０）


　　◎SPIモードで動かすための設定と、ジャイロの感度設定を以下の手順で行う

　　　１）PWR_MGMT_1レジスタでDEVICE_RESETする

　　　２）SIGNAL_PATH_RESETレジスタでGYRO、ACCEL、TEMPをリセット

　　　３）GYRO_CONFIGレジスタで感度を±2000dpsに設定する

　X,Y,ZそれぞれのGYRO_＊OUT_HとGYRO_＊OUT_Lレジスタからジャイロセンサ値を読み取る

　　◎SPIデータの読み書きのプログラムは以下のような手順で行います

　　１）読み込みの手順

　　　NCS（チップセレクタ）をLOWにする

　　　アドレス8bit（アドレスの先頭ビットを1=Read,0=Write ）を送る

　　　空データ8bit（0x00）送信と同時に受信を行う

　　　NCS（チップセレクタ）をHIGHにする

　　２）書き込みの手順

　　　NCS（チップセレクタ）をLOWにする

　　　アドレス8bit（アドレスの先頭ビットが1=Read,0=Write ）

　　　書き込みデータ8bit

　　　NCS（チップセレクタ）をHIGHにする


以上の手順はArduinoの項で述べたことと同じですが、SPIの送受信関数を自分で作成する必要があります。
　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　
MPU-6500側 　
 Ｒ８Ｃ／Ｍ１２側
　１　VCC 今回は３．６Vを使用
　２　GND　 GNDに接続
　３　SCL Serial　ClockP3_4に接続
　４　SDA MISO(Master Out Slave In)P3_7に接続
　５　EDA 増設用無接続
　６　ECL 増設用無接続
　７　ADO MOSI(Master In Slave Out)P3_5に接続
　８　INT 割り込み無接続
　９　NCS Chip　SelectP3_3に接続
１０　FSYNC GNDに接続



結 線 図（半田面）




◎SPI １ﾊﾞｲﾄ 読み書きの基本関数

　MPU-6500のプログラムを組む上で以前作成したSPI LCDで使用した送信専用の関数は使用せず、新たに以下のように送受信を同時に行うSPI制御関数を使用しています。


０１：unsigned char SPI_transfer(unsigned char data)
０２：{
０３：　unsigned char i;
０４：　unsigned char ipdat;// 受信入力ﾃﾞｰﾀ
０５：　ipdat = 0x00;
０６：　ADDR = 0;　　　　　// ADOを入力ﾎﾟｰﾄに設定
０７：//C_NCS;　　　　　　// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをLow
０８：　H_CLK();// Mode 3 ｱｲﾄﾞﾙ時はHigh
０９：　for(i=0;i<8;i++){　// 1ﾋﾞﾄ毎にｸﾛｯｸと共に送受信する
１０：　　ipdat <<=1;　// 受信ﾃﾞｰﾀを1ﾋﾞｯﾄ左にｼﾌﾄ
１１：　　L_CLK();　　　　　// ｸﾛｯｸをLにして送受信準備
１２：　　delay();
１３：　　if(ADO) ipdat |= 0x01;// ADO端子(ﾃﾞｰﾀ入力端子)
１４：　　if(data & 0x80){　　// MSBから送信
１５：　　　S_SDA;
１６：　　}
１７：　　else{
１８：　　　C_SDA;
１９：　　}
２０：　　H_CLK();　　// ｸﾛｯｸをHにして入出力処理
２１：　　data <<=1;　// 送信ﾃﾞｰﾀを1ﾋﾞｯﾄ左にｼﾌﾄ
２２：　}
２３：//S_NCS;// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをHigh
２４：　H_CLK();// ｸﾛｯｸを待機ﾓｰﾄﾞ
２５：　return ipdat;// 受信ﾃﾞｰﾀを戻り値として返す
２６：}


　完成するまで色々トラブりました。何とか正常に動いているとは思いますが、あまりスマートなプログラムではありません。





◎プログラム構成

　プログラムは以下の３部から構成されています



１）EM_MPU6500_SPI.c　・・・メインプログラム

#include＜stdio.h＞
#include "sfr_r8m12a.h"
#include "ctrl.h"

０１：void main(void)
０２：{
０３：　unsigned long xd;　// 受信ﾃﾞｰﾀ格納変数
０４：　unsigned long dataH,dataL;// 読み込みﾃﾞｰﾀ上位8ﾋﾞｯﾄ、下位8ﾋﾞｯﾄ
０５：　unsigned long AX,AY,AZ;
０６：　unsigned char addr;
０７：　S_NCS;
０８：　init();
０９：　set_UART0();
１０：//asm("FSET I");
１１：//u0rif = 0;// 受信割り込みﾌﾗｸﾞｸﾘｱ
１２：　addr=0x75;
１３：　UART0_tx_str("MPU-6500 通信開始\n\r");
１４：　xd=Read(0x75); // WHO_AM_I ﾁｪｯｸ
１５：　UART0_tx_hex(xd,2);// 0x70 ならばOK
１６：　CRLF();
１７：　Write(0x6B,0x01);// SET PWR_MGMT_1
１８：　delay();
１９：　Write(0x1A,0x00);// SET Config
２０：　delay();
２１：　Write(0x1B,0x18);// SET GYRO_CONFIG(000 110 00):GYRO_FS_SEL=3
２２：　delay();
２３：　Write(0x68,0x07); // SIGNAL_PATH_RESET GYRO、ACCEL、TEMPをリセット
２４：　delay();
２５：　Write(0x6A,0x10); // USER_CTRL I2C_IF_DISを1にする(I2C無効)
２６：　delay();
２７：　while(1){
２８：　　dataH=Read(0x43);dataL=Read(0x44);// GYRO_X
２９：　　AX=(dataH<<8 ) | dataL;
３０：　　dataH=Read(0x45);dataL=Read(0x46);// GYRO_Y
３１：　　AY=(dataH<<8 ) | dataL;
３２：　　dataH=Read(0x47);dataL=Read(0x48);// GYRO_Z
３３：　　AZ=(dataH<<8 ) | dataL;
３４：　　UART0_tx_num(AX,4);UART0_tx(' ');UART0_tx_num(AY,4);UART0_tx(' ');UART0_tx_num(AZ,4);
３５：　　CRLF();
３６：　　wait_ms(1000);
３７：　}
３８：}
３９：/* I/O 初期化関数 */
４０：void init(void)
４１：{
４２：　int i;
４３：　prc0 = 1;// ﾌﾟﾛﾃｸﾄﾚｼﾞｽﾀ解除
４４：　hocoe = 1;// 高速ｵﾝﾁｯﾌﾟｵｼﾚｰﾀ発振開始
４５：　for(i=0;i<50;i++);// 発振安定まで待つ
４６：　hscksel = 1;// 高速ｵﾝﾁｯﾌﾟｵｼﾚｰﾀ選択ﾋﾞｯﾄを1にする
４７：　scksel = 1;// ｼｽﾃﾑ基準ｸﾛｯｸを高速にする
４８：　prc0　= 0;// ﾌﾟﾛﾃｸﾄﾚｼﾞｽﾀ禁止
４９：　pd1　　= 0xdf;// ﾎﾟｰﾄ1ﾃﾞｰﾀﾃﾞｨﾚｸｼｮﾝﾚｼﾞｽﾀ全て出力に設定
５０：　p1= 0xff;
５１：　pd3= 0xdc;// 1101 1100 出力:P3_7,P3_6,4,3,2,1,0 入力:,　P3_5
５２：}



２）spi_ctrl.c　・・・SPI（Mode 3対応）、UART0の制御関数


　　/* １ﾊﾞｲﾄ 読み書きの基本関数　*/
０１：unsigned char SPI_transfer(unsigned char data)
　　　・
　　　・（省略）
　　　・

　　/* 書き込みの基本関数 MOSI(Master Out Slave In) */
０１：void Write(unsigned char address,unsigned char data)
０２：{
０３：　C_NCS;　// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをLow
０４：　SPI_transfer(address);
０５：　delay();
０６：　SPI_transfer(data);
０７：　delay();
０８：　S_NCS;　// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをHigh
０９：}

　　/* 読み込みの基本関数 MISO(Master In Slave Out */
０１：unsigned char Read(unsigned char address)
０２：{
０３：　unsigned char rdat;
０４：　C_NCS;// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをLow
０５：　SPI_transfer(address|0x80);
０６：　delay();
０７：　rdat=SPI_transfer(0x00);
０８：　delay();
０９：　S_NCS;// ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄをHigh
１０：　return rdat;
１１：}
　　　・
　　　・（省略）
　　　・

３）ctrl.h　・・・ﾍｯﾀﾞｰﾌｧｲﾙ

０１：#define S_NCS p3_3=1 // NCS端子(ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄ端子) p3_3を1にする
０２：#define C_NCS p3_3=0 // NCS端子(ﾁｯﾌﾟｾﾚｸﾄ端子) p3_3を0にする
０３：#define NCS_DDR pd3_3 // NCS端子の入出力設定ﾚｼﾞｽﾀ
０４：
０５：#define SDA p3_7
０６：#define S_SDA p3_7=1 // SDA端子(ﾃﾞｰﾀ入力端子) p3_7を1にする
０７：#define C_SDA p3_7=0 // SDA端子(ﾃﾞｰﾀ入力端子) p3_7を0にする
０８：#define SDDA pd3_7 // SDA端子の入出力設定ﾚｼﾞｽﾀ
０９：
１０：#define ADO p3_5 // p3_5をADOと定義する
１１：#define S_ADO p3_5=1 // ADO端子(ﾃﾞｰﾀ出力端子) p3_5を1にする
１２：#define C_ADO p3_5=0 // ADO端子(ﾃﾞｰﾀ出力端子) p3_5を0にする
１３：#define ADDR pd3_5 // ADO端子の入出力設定ﾚｼﾞｽﾀ
１４：#define S_SCL p3_4=1 // ｸﾛｯｸ端子 p3_4を1にする
１５：#define C_SCL p3_4=0 // ｸﾛｯｸ端子 p3_4を0にする
１６：#define SCL_DDR pd3_4 // SCLK端子の入出力設定ﾚｼﾞｽﾀ
１７：#define CLOCK 20000 １８：void init(void);
１９：void set_UART0(void);
２０：int put_uart0(char r);
２１：int UART0_rx(void);
２２：int UART0_tx(char data); ２３：void UART0_tx_str(char *str);
２４：void CRLF(void);
２５：int UART0_tx_hex(unsigned long value,int keta);// 16進で表示する関数
２６：void UART0_tx_num(unsigned long val,int keta); // 10進数で表示する関数

２７：void wait_us(unsigned long usec); // us単位のﾀｲﾏ
２８：void wait_ms(unsigned long msec); // ms単位のﾀｲﾏ
２９：void delay(void); // 6usの遅延関数
３０：void H_CLK(void); // ｸﾛｯｸをHighにする
３１：void L_CLK(void); // ｸﾛｯｸをLowにする

３２：void Write(unsigned char address,unsigned char data);// 書き込みの基本関数 MOSI(Master Out Slave In)
３３：unsigned char Read(unsigned char address);// 読み込みの基本関数 MISO(Master In Slave Out
３４：unsigned char SPI_transfer(unsigned char data);// 読み書きの基本関数


　画面表示される加速度値が正しいのかどうかは確信がありません。プログラムがどこか間違っているのかもしれませんが、今回は、SPI制御関数を作成することが目的でしたので、詳しく検討することはしません。時間の余裕があれば、いつかは再検討してみたいと思っています。



プロジェクトファイルのダウンロード


















　　Ⅲ．MPU-6500のI2C仕様




メニューに戻る