MPU-6050 — акселерометр и гироскоп с I²C

Статус и документы

На сайте TDK InvenSense на 18 октября 2026 года у MPU-6050 нет страницы продукта: поиск по сайту находит только спецификацию PS-MPU-6000A-00 ред. 3.4 и карту регистров RM-MPU-6000A-00 ред. 4.2, обе обновлены 19 августа 2013 года, а старый адрес страницы продукта перенаправляет на страницу «Page Not Found». Отметки EOL или NRND там нет, поэтому статус производства мы подтвердить не можем — для серийного изделия уточняйте его у дистрибьютора.

Все цифры ниже взяты из этих двух документов. Сама спецификация в разделе 2 оговаривает, что электрические характеристики получены расчётом и моделированием, а таблицы разделов 6.1–6.7 даны для VLOGIC = 1,8 В ± 5 % или VLOGIC = VDD при 25 °C.

Выводы QFN-24

Обвязка по разделу 7.3 спецификации — керамика X7R: 0,1 мкФ на REGOUT, 0,1 мкФ на VDD, 2,2 нФ на 50 В на CPOUT и 10 нФ на VLOGIC. Шаг выводов — 0,5 мм. Центральную площадку корпуса паять не следует: InvenSense пишет, что электрически она с кристаллом не связана, а пайка создаёт механическое напряжение в корпусе и меняет характеристики. Дорожки и переходные отверстия под корпусом тоже запрещены — их сигналы наводятся на гироскопы. Гироскопы возбуждаются на частотах 33, 30 и 27 кГц по осям X, Y и Z с разбросом ±3 кГц, то есть где-то в полосе 24–36 кГц (разд. 6.1 и 11.4.3).

Питание и логические уровни

VDD — от 2,375 до 3,46 В. VLOGIC задаёт уровни шины I²C и вывода INT: от 1,71 В до VDD, причём VLOGIC не должен превышать VDD ни в какой момент. Единицу на входе микросхема распознаёт от 0,7·VLOGIC, ноль — до 0,3·VLOGIC, а рабочий диапазон напряжения на SCL и SDA — от −0,5 В до VLOGIC + 0,5 В (разд. 6.4 и 6.5). При включении VDD нарастает от 10 до 90 % не дольше 100 мс, VLOGIC — не дольше 3 мс и не раньше VDD, оба фронта монотонные (разд. 7.4).

Предельные режимы (разд. 6.9): VDD — от −0,5 до +6 В, напряжение на SCL, SDA, AD0, INT и других входах — от −0,5 В до VDD + 0,5 В. Это границы, за которыми микросхема может выйти из строя; работа при них не гарантируется, а долгое пребывание у этих границ снижает надёжность.

Токи — типовые, из таблицы разд. 6.3. В перечне возможностей (разд. 5.2) для 20 и 40 Гц указаны 60 и 110 мкА, но, по истории изменений, токи режима малого потребления в разд. 6.3 обновили в ред. 3.2, поэтому опираемся на таблицу.

Акселерометр и гироскоп

В таблицах разд. 6.1 и 6.2 гарантированные границы — столбцы MIN и MAX — заданы только у допуска чувствительности гироскопа, диапазонов фильтра и частоты данных и у самотеста: от −14 до +14 % от заводского значения. Остальное стоит в столбце TYP, это типовые значения, а не пределы. Для смещения нуля акселерометра сноска 1 прямо называет его типовым значением после предварительной подготовки по MSL3.

Данные — 16-битные числа в дополнительном коде. Лежащий горизонтально датчик показывает 0 g по X и Y и +1 g по Z. Полный шум гироскопа спецификация приводит для FS_SEL = 0 и фильтра около 100 Гц (DLPF_CFG = 2): типовые 0,05 °/с среднеквадратично. Это число совпадает с произведением плотности на корень из полосы фильтра: 0,005 · √98 ≈ 0,05 °/с. Для акселерометра документ даёт только плотность. Если так же оценить его шум с фильтром 44 Гц, получится 400 · √44 ≈ 2650 мкg, около 2,7 мg, — но это оценка для идеальной прямоугольной полосы, реальный шум с фильтром конечной крутизны больше.

Шум мал по сравнению со смещением нуля гироскопа: типовое значение — ±20 °/с, а гарантированного предела спецификация не даёт, поэтому смещение каждого экземпляра измеряют в покое и вычитают.

Адрес I²C

Адрес — 110100X: младший бит задаёт вывод AD0. AD0 на общем проводе — 0x68, на VLOGIC — 0x69, так что на одной шине уживаются два датчика. Шина работает в режимах Standard-mode 100 кГц и Fast-mode 400 кГц, ёмкость каждой линии — до 400 пФ. Линиям SDA и SCL обычно нужны подтягивающие резисторы, у MPU-6050 — к VLOGIC: уровни всех его логических выводов задаёт это напряжение (разд. 10.2). Байты записи и чтения — 0xD0 и 0xD1 при AD0 = 0; чем семибитный адрес отличается от байта, рассказано на странице «Адрес I²C».

Регистр WHO_AM_I (0x75) читается как 0x68 при любом уровне AD0: по нему убеждаются, что ответила именно MPU-60X0, но отличить по нему два датчика на одной шине нельзя.

Запись: START, адрес с битом записи, номер регистра, данные, STOP; если байты данных продолжаются, номер регистра растёт сам. Чтение: START, адрес с битом записи, номер регистра, повторный START, адрес с битом чтения, затем байты; последний байт ведущий не подтверждает (NACK) и ставит STOP.

Ключевые регистры

После сброса все регистры равны 0x00, кроме PWR_MGMT_1 — 0x40 и WHO_AM_I — 0x68. Значение 0x40 означает SLEEP = 1: датчик включается в режиме сна. В том же регистре выбирают тактирование: после включения работает внутренний генератор 8 МГц, но InvenSense настоятельно рекомендует перейти на PLL от одного из гироскопов, CLKSEL = 1…3, — так частота стабильнее. Запись 0x01 в PWR_MGMT_1 делает оба дела сразу.

Шкалы задают биты 4:3: в GYRO_CONFIG значения 0x00, 0x08, 0x10 и 0x18 дают ±250, ±500, ±1000 и ±2000 °/с, в ACCEL_CONFIG те же значения — ±2, ±4, ±8 и ±16 g.

Частота отсчётов и фильтр

От частоты отсчётов зависят регистры данных, FIFO и DMP:

где частота гироскопа f_гир — 8 кГц при выключенном фильтре (DLPF_CFG = 0 или 7) и 1 кГц при включённом. Акселерометр обновляется с частотой 1 кГц, поэтому при частоте отсчётов выше 1 кГц один и тот же его отсчёт выдаётся несколько раз. Пример: DLPF_CFG = 3 и SMPLRT_DIV = 9 дают 1000 / (1 + 9) = 100 Гц.

Пересчёт кодов

Каждое значение — пара регистров: сначала старший байт, затем младший. Из них собирают 16-битное число со знаком и делят на чувствительность шкалы:

Формула температуры — из раздела 4.18 карты регистров. Она согласуется со спецификацией: там при 35 °C указан типовой код −521, и −521 / 340 + 36,53 = 35,0 °C.

Пример: шкалы ±2 g и ±250 °/с, датчик лежит на столе, пакетное чтение 14 байт с адреса 0x3B вернуло:

Как получился знак: 0xFE0C = 65 036, это больше 32 767, значит число отрицательное: 65 036 − 65 536 = −500. Температура: 0xF150 = 61 776 → −3760; −3760 / 340 = −11,06; −11,06 + 36,53 = 25,5 °C. Показания акселерометра отличаются от идеальных 0, 0 и 1 g на 6–31 мg, гироскоп в покое показывает до 4 °/с — оба отклонения меньше типовых значений смещения нуля из спецификации.

Пример для Arduino

Скетч будит датчик и проверяет WHO_AM_I — если ответ не 0x68, останавливается и печатает прочитанное значение. Затем он настраивает фильтр, частоту и шкалы и десять раз в секунду читает 14 байт одним пакетом. Значения регистров — из карты регистров RM-MPU-6000A-00. Метод endTransmission() возвращает 0, когда датчик подтвердил адрес и данные.

#include <Wire.h>

// Register addresses: RM-MPU-6000A-00 rev. 4.2, section 3
const uint8_t MPU_ADDR     = 0x68;  // AD0 low; 0x69 with AD0 high
const uint8_t SMPLRT_DIV   = 0x19;
const uint8_t CONFIG       = 0x1A;
const uint8_t GYRO_CONFIG  = 0x1B;
const uint8_t ACCEL_CONFIG = 0x1C;
const uint8_t ACCEL_XOUT_H = 0x3B;
const uint8_t PWR_MGMT_1   = 0x6B;
const uint8_t WHO_AM_I     = 0x75;

bool writeReg(uint8_t reg, uint8_t value) {
  Wire.beginTransmission(MPU_ADDR);
  Wire.write(reg);
  Wire.write(value);
  return Wire.endTransmission() == 0;     // 0 = address and data acknowledged
}

uint8_t readReg(uint8_t reg) {
  Wire.beginTransmission(MPU_ADDR);
  Wire.write(reg);
  if (Wire.endTransmission(false) != 0) return 0xFF;   // no ACK; repeated START otherwise
  if (Wire.requestFrom(MPU_ADDR, (uint8_t)1) != 1) return 0xFF;
  return Wire.read();                     // 0xFF is never a valid WHO_AM_I (bit 7 is 0)
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000);                  // Fast-mode, the MPU-6050 maximum

  writeReg(PWR_MGMT_1, 0x01);             // SLEEP = 0, CLKSEL = 1: PLL with X gyro reference
  delay(50);                              // PLL settles within 10 ms, gyro ZRO in about 30 ms

  uint8_t id = readReg(WHO_AM_I);         // 0x68 whatever the AD0 level
  if (id != 0x68) {
    Serial.print("No MPU-6050, WHO_AM_I = 0x");
    Serial.println(id, HEX);              // 0xFF: no answer at MPU_ADDR
    while (true) delay(1000);
  }

  writeReg(CONFIG, 0x03);                 // DLPF_CFG = 3: accel 44 Hz, gyro 42 Hz, 1 kHz gyro rate
  writeReg(SMPLRT_DIV, 9);                // sample rate = 1 kHz / (1 + 9) = 100 Hz
  writeReg(GYRO_CONFIG, 0x00);            // FS_SEL = 0: +-250 dps, 131 LSB per dps
  writeReg(ACCEL_CONFIG, 0x00);           // AFS_SEL = 0: +-2 g, 16384 LSB per g
}

void loop() {
  Wire.beginTransmission(MPU_ADDR);
  Wire.write(ACCEL_XOUT_H);
  // One burst read: all 14 bytes belong to the same sampling instant
  if (Wire.endTransmission(false) != 0 || Wire.requestFrom(MPU_ADDR, (uint8_t)14) != 14) {
    Serial.println("I2C read failed");
    delay(100);
    return;
  }

  int16_t raw[7];                         // AX, AY, AZ, TEMP, GX, GY, GZ
  for (uint8_t i = 0; i < 7; i++) {
    uint8_t hi = Wire.read();
    uint8_t lo = Wire.read();
    raw[i] = (int16_t)(((uint16_t)hi << 8) | lo);  // big-endian two's complement
  }

  float ax = raw[0] / 16384.0f, ay = raw[1] / 16384.0f, az = raw[2] / 16384.0f;  // g
  float temp = raw[3] / 340.0f + 36.53f;                                         // deg C
  float gx = raw[4] / 131.0f, gy = raw[5] / 131.0f, gz = raw[6] / 131.0f;        // dps

  Serial.print(ax, 3); Serial.print(' ');
  Serial.print(ay, 3); Serial.print(' ');
  Serial.print(az, 3); Serial.print("  ");
  Serial.print(temp, 1); Serial.print("  ");
  Serial.print(gx, 1); Serial.print(' ');
  Serial.print(gy, 1); Serial.print(' ');
  Serial.println(gz, 1);
  delay(100);
}

Если поменять шкалу, делители в loop() нужно поменять вместе с ней — сами регистры данных шкалу не сообщают.

FIFO, прерывания и DMP

FIFO. Буфер на 1024 байта заполняется с частотой отсчётов данными, выбранными в FIFO_EN (0x23), в порядке номеров регистров; включает его бит FIFO_EN в USER_CTRL. Число байт читают из FIFO_COUNTH и FIFO_COUNTL — обязательно начиная со старшего, иначе счётчик не обновится, — а сами данные из FIFO_R_W (0x74). При шести осях это 12 байт на отсчёт: буфер вмещает 85 отсчётов, при 100 Гц — 0,85 с. При переполнении теряются самые старые данные и ставится флаг FIFO_OFLOW_INT, а чтение пустого буфера возвращает последний прочитанный байт — поэтому сначала проверяют счётчик.

Прерывания. Вывод INT настраивают в INT_PIN_CFG (0x37): активный уровень, двухтактный выход или открытый сток, импульс 50 мкс или удержание до сброса флага. Бит DATA_RDY_EN в INT_ENABLE (0x38) включает прерывание по готовности нового отсчёта, флаги читают из INT_STATUS (0x3A).

DMP. По разделу 7.9 спецификации встроенный процессор движения берёт данные акселерометра, гироскопа и внешних датчиков, например магнитометра, обрабатывает их, а результат отдаёт из своих регистров или через FIFO. InvenSense пишет, что алгоритмы обработки движения должны работать с высокой частотой, часто около 200 Гц, чтобы результат был точным и с малой задержкой, и DMP снимает эту нагрузку с микроконтроллера; с ним типовой ток растёт с 3,8 до 3,9 мА. В карте регистров RM-MPU-6000A-00 регистры DMP не описаны.

Вспомогательная шина. Выводы AUX_DA и AUX_CL — отдельная шина I²C, на которой MPU-6050 сам опрашивает до четырёх внешних датчиков, читая с них до 24 байт. В режиме обхода (I2C_BYPASS_EN = 1 при I2C_MST_EN = 0) эти выводы соединяются с основной шиной, и микроконтроллер обращается к датчику на ней напрямую.

Малое потребление. Если в PWR_MGMT_1 установить CYCLE и TEMP_DIS, сбросить SLEEP, а в PWR_MGMT_2 отключить три оси гироскопа, датчик просыпается только ради одного отсчёта акселерометра с частотой 1,25, 5, 20 или 40 Гц по полю LP_WAKE_CTRL и потребляет типовые 10–140 мкА.

Типичные ошибки

1. 5 В на VDD или на линиях шины. Рабочий диапазон VDD — 2,375–3,46 В; 5 В ниже абсолютного предела 6 В, но это граница повреждения, а не рабочий режим. На линиях шины рабочее напряжение — не больше VLOGIC + 0,5 В (разд. 6.5), то есть 3,8 В при VLOGIC = 3,3 В, а абсолютный предел — VDD + 0,5 В; подтяжка к 5 В превышает и то и другое. Если микросхема стоит на готовом модуле, по его схеме проверяют, чем питается VDD и к чему подтянуты линии.
2. Датчик не разбудили. После включения PWR_MGMT_1 = 0x40, бит SLEEP установлен, в регистрах данных — значение сброса 0x00. Первая запись после включения — 0x01 в регистр 0x6B.
3. Не та шкала в пересчёте. Делитель должен соответствовать полям AFS_SEL и FS_SEL. Если в ACCEL_CONFIG записано 0x10 (±8 g), земное ускорение даёт около 4096 единиц, и деление на 16 384 «покажет» 0,25 g вместо 1 g. У гироскопа делители не круглые: 65,5 и 32,8, а не 64 и 32.
4. Число без знака. Регистры данных — дополнительный код. Если собрать два байта в беззнаковую переменную или в 32-битный int без приведения к int16_t, отрицательные значения превратятся в числа от 32 768 до 65 535.
5. Чтение по одному байту. Карта регистров гарантирует, что пакетное чтение возвращает значения одного момента измерения. При отдельных чтениях старший и младший байты могут оказаться из разных отсчётов — тогда нужно ждать флага готовности данных.
6. Ожидание нуля в покое. Типовой разброс нуля по спецификации — ±20 °/с у гироскопа и ±50…±80 мg у акселерометра, а гарантированных пределов документ не приводит. Смещения измеряют на неподвижном датчике и вычитают; без этого угол, полученный интегрированием угловой скорости, быстро уходит.
7. Ошибки своей платы. Центральную площадку припаяли или провели под корпусом дорожки — спецификация запрещает и то и другое: механическое напряжение меняет характеристики, а сигналы дорожек наводятся на гироскопы.
8. Лишняя единица в USER_CTRL. Бит I2C_IF_DIS (бит 4 регистра 0x6A) у MPU-6050 по карте регистров всегда записывают нулём. Значения для USER_CTRL собирают из нужных битов — FIFO_EN, I2C_MST_EN и битов сброса, — а не копируют из примеров для MPU-6000, где этот бит включает SPI.

MPU-6050 и новые IMU

MPU-6050 прост в запуске: никаких файлов конфигурации, достаточно разбудить датчик и читать регистры. По диапазону питания и току потребления его стоит сравнить с новыми IMU. Сравнение датчиков Bosch — BMI160, BMI270, BMI323 и BNO055 со встроенным слиянием данных — в статье «Акселерометры и гироскопы: как выбрать и подключить IMU». Другие цифровые датчики с I²C — в разделе «Микросхемы датчиков».